Progetto SIMEA - Automatica - Università degli Studi di Padova
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<strong>Progetto</strong> <strong>SIMEA</strong>:<br />
Sistema Integrato/<strong>di</strong>stribuito <strong>di</strong> Monitoraggio<br />
Energetico ed Ambientale<br />
Autore/i M. Pasqualetto<br />
Contatto M. Pasqualetto<br />
Stato dell’arte<br />
energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
Riferimento 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Data 10 Giugno 2010
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
INDICE<br />
2<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
1. PROGRAMMI SIMULAZIONE ENERGETICA DEGLI EDIFICI ..................................................... 6<br />
1.1. Introduzione ........................................................................................................................................... 6<br />
1.2. Simulatori sistema e<strong>di</strong>ficio-impianto .................................................................................................... 7<br />
1.2.1. 3E Plus .......................................................................................................................................... 7<br />
1.2.2. Analysis Platform .......................................................................................................................... 9<br />
1.2.3. AUDIT ......................................................................................................................................... 10<br />
1.2.4. Autodesk Green Buil<strong>di</strong>ng <strong>Stu<strong>di</strong></strong>o ................................................................................................. 12<br />
1.2.5. Be06 ............................................................................................................................................. 14<br />
1.2.6. BEAVER ...................................................................................................................................... 16<br />
1.2.7. BEES ............................................................................................................................................ 18<br />
1.2.8. BLAST .......................................................................................................................................... 20<br />
1.2.9. BSim ............................................................................................................................................ 22<br />
1.2.10. Buil<strong>di</strong>ng Greenhouse Rating ..................................................................................................... 25<br />
1.2.11. Cepenergy Management Software for Buil<strong>di</strong>ngs ....................................................................... 27<br />
1.2.12. Climawin 2005 .......................................................................................................................... 29<br />
1.2.13. COMcheck ................................................................................................................................. 30<br />
1.2.14. Design Advisor .......................................................................................................................... 31<br />
1.2.15. DeST .......................................................................................................................................... 32<br />
1.2.16. DIN V 18599 .............................................................................................................................. 34<br />
1.2.17. DOE-2 ....................................................................................................................................... 35<br />
1.2.18. EBS ............................................................................................................................................ 37<br />
1.2.19. ECOTECT ................................................................................................................................. 39<br />
1.2.20. EE4 CBIP .................................................................................................................................. 41<br />
1.2.21. Energy Express .......................................................................................................................... 43<br />
1.2.22. ENER-WIN ................................................................................................................................ 44<br />
1.2.23. Energy-10 .................................................................................................................................. 46<br />
1.2.24. EnergyGauge Summit Premier .................................................................................................. 48<br />
1.2.25. EnergyPlus ................................................................................................................................ 50<br />
1.2.26. ENERPASS ................................................................................................................................ 52<br />
1.2.27. eQUEST ..................................................................................................................................... 53<br />
1.2.28. ESP-r ......................................................................................................................................... 55<br />
1.2.29. FEDS ......................................................................................................................................... 57<br />
1.2.30. HAP ........................................................................................................................................... 58<br />
1.2.31. HOT2000 ................................................................................................................................... 60<br />
1.2.32. IDA Indoor Climate and Energy ............................................................................................... 61<br />
1.2.33. IES ...................................................................................................... 63<br />
1.2.34. LESOSAI .................................................................................................................................... 64<br />
1.2.35. MarketManager ......................................................................................................................... 66<br />
1.2.36. Micropas6 .................................................................................................................................. 67<br />
1.2.37. PHPP ......................................................................................................................................... 69<br />
1.2.38. PowerDomus ............................................................................................................................. 71<br />
1.2.39. Prophet Load Profiler ............................................................................................................... 72<br />
1.2.40. SolArch ...................................................................................................................................... 74<br />
1.2.41. SUNREL .................................................................................................................................... 75<br />
1.2.42. TAS ............................................................................................................................................ 77<br />
1.2.43. TRACE 700 ................................................................................................................................ 79<br />
1.2.44. TREAT ....................................................................................................................................... 81<br />
1.2.45. TRNSYS ..................................................................................................................................... 82<br />
1.2.46. UtilityTrac ................................................................................................................................. 84<br />
1.3. Simulatori singole parti del sistema .................................................................................................... 86<br />
1.3.1. Apache ......................................................................................................................................... 86<br />
1.3.2. Buil<strong>di</strong>ng Design Advisor.............................................................................................................. 88
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
3<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
1.3.3. flixo .............................................................................................................................................. 89<br />
1.3.4. HEED .......................................................................................................................................... 91<br />
1.3.5. HOMER ....................................................................................................................................... 93<br />
1.3.6. I-BEAM ........................................................................................................................................ 94<br />
1.3.7. Opaque ........................................................................................................................................ 95<br />
1.3.8. PV-DesignPro ............................................................................................................................. 96<br />
1.3.9. RETScreen ................................................................................................................................... 98<br />
1.3.10. Right-Suite Residential for Windows ......................................................................................... 99<br />
1.3.11. SolarDesignTool ...................................................................................................................... 100<br />
1.3.12. Therm....................................................................................................................................... 102<br />
1.3.13. VisualDOE............................................................................................................................... 103<br />
1.4. Confronto tra i programmi più usati .................................................................................................. 105<br />
1.4.1. Introduzione............................................................................................................................... 105<br />
1.4.2. Tabelle <strong>di</strong> confronto .................................................................................................................. 105<br />
2. METODOLOGIE DI VALUTAZIONE ENERGETICA .................................................................... 122<br />
2.1. Introduzione ....................................................................................................................................... 122<br />
2.1.1. Meto<strong>di</strong> <strong>di</strong> valutazione teorici ..................................................................................................... 122<br />
2.1.2. Meto<strong>di</strong> <strong>di</strong> valutazione pratici..................................................................................................... 122<br />
2.2. Termoflussimetro .............................................................................................................................. 124<br />
2.2.1. Principi <strong>di</strong> funzionamento ......................................................................................................... 124<br />
2.2.2. Accorgimenti ............................................................................................................................. 124<br />
2.2.3. Acquisizione dei dati ................................................................................................................. 124<br />
2.2.4. Esame della struttura dell’elemento .......................................................................................... 125<br />
2.2.5. Precisione nella misura ............................................................................................................. 125<br />
2.2.6. Normativa <strong>di</strong> riferimento ........................................................................................................... 125<br />
2.2.7. Considerazioni conclusive ......................................................................................................... 126<br />
2.3. Termocamera ..................................................................................................................................... 127<br />
2.3.1. La termografia per il CND (Controllo Non Distruttivo) ........................................................... 127<br />
2.3.2. Trasmittanza termica misurata in situ ....................................................................................... 128<br />
2.3.3. Normativa <strong>di</strong> riferimento ........................................................................................................... 128<br />
2.3.4. Considerazioni conclusive ......................................................................................................... 128<br />
2.4. Blower door test ................................................................................................................................ 129<br />
2.4.1. Il Blower Door Test come <strong>di</strong>agnosi ........................................................................................... 129<br />
2.4.2. Scopi del test .............................................................................................................................. 129<br />
2.4.3. La strumentazione necessaria ................................................................................................... 130<br />
2.4.4. Meto<strong>di</strong> <strong>di</strong> prova ......................................................................................................................... 130<br />
2.4.5. Riferimenti normativi ................................................................................................................ 130<br />
2.4.6. Considerazioni conclusive ......................................................................................................... 131<br />
3. AUDIT ENERGETICO .......................................................................................................................... 132<br />
3.1. Introduzione ....................................................................................................................................... 132<br />
3.2. Esempio <strong>di</strong> au<strong>di</strong>t energetico: il complesso del Liviano, Universita’ <strong>degli</strong> <strong>Stu<strong>di</strong></strong> <strong>di</strong> <strong>Padova</strong> .............. 133<br />
3.2.1. Generalità .................................................................................................................................. 133<br />
3.2.2. Caratteristiche struttura ............................................................................................................ 133<br />
3.2.3. Input termoigrometrici .............................................................................................................. 135<br />
3.2.4. Risultati ..................................................................................................................................... 136<br />
3.2.5. Conclusioni ................................................................................................................................ 138<br />
3.3. Esempio <strong>di</strong> au<strong>di</strong>t energetico: e<strong>di</strong>fici <strong>di</strong> proprieta’ pubblica............................................................... 139<br />
3.3.1. Struttura dell'au<strong>di</strong>t energetico ................................................................................................... 139<br />
3.3.2. Interventi <strong>di</strong> riqualificazione ..................................................................................................... 145<br />
3.3.3. Energie rinnovabili .................................................................................................................... 145<br />
3.3.4. Considerazioni conclusive ......................................................................................................... 146<br />
3.4. Esempio <strong>di</strong> au<strong>di</strong>t energetico: l’integrazione dell’impianto <strong>di</strong> cogenerazione con la rete <strong>di</strong><br />
teleriscaldamento e la piscina coperta del campus, Universita’ <strong>degli</strong> <strong>Stu<strong>di</strong></strong> <strong>di</strong> Salerno ............................ 147<br />
3.4.1. Analisi della situazione esistente ............................................................................................... 147<br />
3.4.2. La configurazione impiantistica della centrale cogenerativa ................................................... 148
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
4<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
3.4.3. Analisi del bilancio energetico e dei piani orari <strong>di</strong> funzionamento .......................................... 149<br />
3.4.4. Analisi economica dell'investimento ......................................................................................... 153<br />
3.4.5. Conclusioni ................................................................................................................................ 153<br />
3.5. Esempio <strong>di</strong> au<strong>di</strong>t energetico: cinquanta condomini, Milano ............................................................. 154<br />
3.5.1. Dati caratteristici <strong>degli</strong> impianti ............................................................................................... 154<br />
3.5.2. Impronta energetica <strong>di</strong> un condominio ..................................................................................... 154<br />
3.5.3. Classificazione energetica <strong>di</strong> un condominio ............................................................................ 155<br />
3.5.4. Interventi <strong>di</strong> riqualificazione impiantistica ............................................................................... 155<br />
3.5.5. Dati riepilogativi e<strong>di</strong>fici analizzati ............................................................................................ 158<br />
3.5.6. Conclusioni ................................................................................................................................ 159<br />
3.6. Esempio <strong>di</strong> au<strong>di</strong>t energetico: casa a basso consumo, comune <strong>di</strong> Torino ........................................... 160<br />
3.6.1. Il caso <strong>di</strong> stu<strong>di</strong>o ......................................................................................................................... 160<br />
3.6.2. Sistema multienergia: soluzioni progettuali e <strong>di</strong>mensionamenti ............................................... 161<br />
3.6.3. Sistema <strong>di</strong> produzione dell'energia elettrica con pannelli fotovoltaici ..................................... 164<br />
3.6.4. Conclusioni ................................................................................................................................ 165<br />
3.7. Esempio <strong>di</strong> au<strong>di</strong>t energetico: patrimonio e<strong>di</strong>lizio residenziale, Roma .............................................. 167<br />
3.7.1. Analisi del fabbisogno energetico attuale ................................................................................. 167<br />
3.7.2. Validazione dei risultati ottenuti ............................................................................................... 170<br />
3.7.3. Valutazione <strong>degli</strong> interventi <strong>di</strong> riqualificazione energetica ...................................................... 171<br />
3.7.4. Conclusioni ................................................................................................................................ 175<br />
4. METERIALI PER IL RISPARMIO ENERGETICO ......................................................................... 176<br />
4.1. Tipi <strong>di</strong> laterizio .................................................................................................................................. 176<br />
4.1.1. Introduzione............................................................................................................................... 176<br />
4.1.2. Modulo....................................................................................................................................... 177<br />
4.1.3. Poroton ...................................................................................................................................... 178<br />
4.1.4. Alveolater .................................................................................................................................. 179<br />
4.1.5. Porotherm .................................................................................................................................. 180<br />
4.2. Isolanti per superfici opache .............................................................................................................. 181<br />
4.2.1. Introduzione............................................................................................................................... 181<br />
4.2.2. Spaceloft® ................................................................................................................................. 182<br />
4.2.3. Celenit LSC................................................................................................................................ 183<br />
4.2.4. Celenit LC/30 ............................................................................................................................ 184<br />
4.2.5. Celenit FL/4 ............................................................................................................................... 185<br />
4.2.6. Neopex ....................................................................................................................................... 186<br />
4.2.7. Neopor ....................................................................................................................................... 187<br />
4.2.8. Resphira..................................................................................................................................... 188<br />
4.3. Infissi ed elementi finestrati .............................................................................................................. 189<br />
4.3.1. Introduzione............................................................................................................................... 189<br />
4.3.2. Elemento vetrato ........................................................................................................................ 190<br />
4.3.3. Telaio ......................................................................................................................................... 194<br />
4.3.4. Conclusioni ................................................................................................................................ 196<br />
5. LE ENERGIE RINNOVABILI .............................................................................................................. 197<br />
5.1. Introduzione ....................................................................................................................................... 197<br />
5.2. Il solare termico ................................................................................................................................. 198<br />
5.2.1. Introduzione............................................................................................................................... 198<br />
5.2.2. Come funziona ........................................................................................................................... 198<br />
5.2.3. Utilizzo....................................................................................................................................... 198<br />
5.2.4. Caratteristiche dei moduli ......................................................................................................... 199<br />
5.2.5. Tipologie <strong>di</strong> moduli ................................................................................................................... 200<br />
5.2.6. Sistema <strong>di</strong> <strong>di</strong>stribuzione al primario ......................................................................................... 201<br />
5.2.7. Conclusioni ................................................................................................................................ 201<br />
5.3. Il solare fotovoltaico .......................................................................................................................... 205<br />
5.3.1. Introduzione............................................................................................................................... 205<br />
5.3.2. Come funziona ........................................................................................................................... 205<br />
5.3.3. Utilizzo....................................................................................................................................... 205
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
5<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
5.3.4. Tipi <strong>di</strong> cella fotovoltaica ............................................................................................................ 206<br />
5.3.5. Modalità <strong>di</strong> connessione ............................................................................................................ 206<br />
5.3.6. Conclusioni ................................................................................................................................ 207<br />
5.4. L’eolico ............................................................................................................................................. 210<br />
5.4.1. Introduzione............................................................................................................................... 210<br />
5.4.2. Come funziona ........................................................................................................................... 210<br />
5.4.3. Utilizzo....................................................................................................................................... 211<br />
5.4.4. Caratteristiche dei rotori eolici ................................................................................................. 211<br />
5.4.5. Tipi <strong>di</strong> rotore ............................................................................................................................. 212<br />
5.4.6. Modalità <strong>di</strong> connessione ............................................................................................................ 213<br />
5.4.7. Conclusioni ................................................................................................................................ 214<br />
5.5. Le biomasse ....................................................................................................................................... 217<br />
5.5.1. Introduzione............................................................................................................................... 217<br />
5.5.2. Come funziona ........................................................................................................................... 217<br />
5.5.3. Utilizzo....................................................................................................................................... 217<br />
5.5.4. Materia prima ............................................................................................................................ 217<br />
5.5.5. Caldaie a biomasse ................................................................................................................... 218<br />
5.5.6. Conclusioni ................................................................................................................................ 219<br />
5.6. La geotermia ...................................................................................................................................... 222<br />
5.6.1. Introduzione............................................................................................................................... 222<br />
5.6.2. Come funziona ........................................................................................................................... 222<br />
5.6.3. Le sonde geotermiche ................................................................................................................ 223<br />
5.6.4. Altri componenti principali ....................................................................................................... 224<br />
5.6.5. Conclusioni ................................................................................................................................ 227
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
6<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
1. PROGRAMMI SIMULAZIONE ENERGETICA DEGLI EDIFICI<br />
1.1. Introduzione<br />
Le normative sempre più specifiche e la necessità <strong>di</strong> avere <strong>degli</strong> strumenti in grado <strong>di</strong> dare la massima<br />
affidabilità riguardo ai problemi richiesti, spingono spesso l’utente a utilizzare i programmi si simulazione.<br />
Di seguito viene presentata una lista con i programmi <strong>di</strong> simulazione riguardanti l’energetica <strong>degli</strong><br />
e<strong>di</strong>fici più usati in assoluto, cioè i programmi con il maggior numero <strong>di</strong> utenti, ricavati dal sito web<br />
http://apps1.eere.energy.gov/buil<strong>di</strong>ngs/tools_<strong>di</strong>rectory/.<br />
I programmi sono in or<strong>di</strong>ne alfabetico e sono classificati in relazione al tipo <strong>di</strong> simulazione che<br />
svolgono:<br />
• sistema e<strong>di</strong>fico-impianto, cioè un programma che valuta l’interazione tra l’e<strong>di</strong>ficio e l’insieme <strong>degli</strong><br />
impianti al suo interno, per restituire in output il consumo energetico dell’e<strong>di</strong>ficio;<br />
• singole parti del sistema, cioè un programma che analizza in maniera specifica solo una parte del<br />
sistema (tipo ponti termici, serramenti, solare, …).<br />
Ogni programma <strong>di</strong> simulazione è presentato nel seguente modo:<br />
• una parte introduttiva che spiega nel complesso alcune caratteristiche del programma;<br />
• il tipo <strong>di</strong> esperienza richiesta per usare il programma;<br />
• il numero <strong>di</strong> utenti che usano il programma;<br />
• le categorie a cui è rivolto il simulatore;<br />
• gli input richiesti dal programma e gli output restituiti in uscita;<br />
• il tipo <strong>di</strong> piattaforma hardware/software necessaria per installare il programma;<br />
• il linguaggio <strong>di</strong> programmazione adottato per compilare il simulatore;<br />
• punti <strong>di</strong> forza e punti deboli del programma.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2. Simulatori sistema e<strong>di</strong>ficio-impianto<br />
1.2.1. 3E Plus<br />
7<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Industrial energy management tool to simplify the task of determining<br />
how much insulation is necessary to use less energy, reduce plant emissions<br />
and improve process efficiency. The 3E Plus insulation thickness computer<br />
program is designed for facility managers, energy/environmental managers,<br />
industrial process engineers, and the industrial industry, the program is a<br />
valuable tool for determining the return on investment of an insulation upgrade<br />
on pipes, ducts, tanks, and boilers.<br />
3E Plus is an integral part of several private sector and government-sponsored energy efficiency<br />
programs. It is featured in the National Insulation Association's (NIA) Insulation Energy Appraisal Program<br />
(IEAP). The IEAP provides detailed instruction on how to use 3E Plus as well as how to perform a complete<br />
energy appraisal on pipes and ducts. The Department of Energy also used 3E Plus to develop its Industrial<br />
Insulation Guidelines.<br />
1.2.1.1. Expertise Required<br />
No training is required to use 3E Plus, but many users do find it helpful to attend a training session<br />
through the National Insulation Association (NIA) which walks users through the program.<br />
1.2.1.2. Users<br />
More than 6000 downloads, mostly in the US. Upcoming metric version will be more useful<br />
worldwide.<br />
1.2.1.3. Au<strong>di</strong>ence<br />
Facility managers, energy/environmental managers, industrial process engineers<br />
1.2.1.4. Input<br />
Input to 3E Plus is all done through pull down menus or forms in a clearly marked graphical user<br />
interface. To use 3E Plus, be prepared to input specific data about the system being analyzed for an<br />
insulation upgrade, inclu<strong>di</strong>ng base metal type, various process and operating temperatures, wind speed, pipe<br />
sizes, surface geometry, fuel type, annual operation hours and the type of insulation under consideration.<br />
1.2.1.5. Output<br />
3E Plus simplifies the task of determining how much insulation is necessary to use less energy, reduce<br />
plant emissions and improve process efficiency. The program is a valuable tool for determining the return on<br />
investment of an insulation upgrade on pipes, ducts, tanks, and boilers. Output comes in preformatted<br />
reports, and can be exported to spreadsheets designed by NAIMA for further analysis.<br />
1.2.1.6. Computer Platform<br />
PCs running Windows.<br />
1.2.1.7. Programming Language<br />
Visual Basic
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.1.8. Strengths<br />
8<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
3E Plus is best used as a means of determining how much insulation is necessary to use less energy,<br />
reduce plant emissions and improve process efficiency.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.2. Analysis Platform<br />
9<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Technical and economic performance estimation for buil<strong>di</strong>ng heating, cooling, and water heating<br />
equipment, inclu<strong>di</strong>ng power generating options such as photovoltaics, fuel cells, and cogeneration. Based on<br />
representative loads in residential and commercial sectors. Focus on HVAC, aggregated electric, and<br />
integrated systems.<br />
1.2.2.1. Expertise Required<br />
Moderate.<br />
1.2.2.2. Au<strong>di</strong>ence<br />
Buil<strong>di</strong>ng end-use analysts, engineers, policy analysts.<br />
1.2.2.3. Input<br />
Buil<strong>di</strong>ng loads (selected from library, electric and fossil fuel rates, weather parameters, type of<br />
equipment, equipment operating parameters, and operating schedules). Allows detailed specification of<br />
equipment behaviour, or use of default data. Data options correspond to selectable skills levels.<br />
1.2.2.4. Output<br />
Hourly outputs of energy and other performance parameters; monthly, seasonal, costs for fuel and<br />
other economic variables; graphical <strong>di</strong>splays; side-by-side comparisons of alternatives; emissions impacts;<br />
user-designated reports.<br />
1.2.2.5. Computer Platform<br />
PC-compatible, with DOS.<br />
1.2.2.6. Programming Language<br />
C<br />
1.2.2.7. Strengths<br />
Simple to use, rapid analysis of hourly energy using consistent loads; can analyze large number of<br />
systems; built-in libraries of rates, buil<strong>di</strong>ng loads, equipment performance parameters.<br />
1.2.2.8. Weaknesses<br />
Equipment simulation only; no buil<strong>di</strong>ng interaction; works only with plant loads.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.3. AUDIT<br />
10<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Calculates monthly and annual heating and cooling costs for<br />
residential and light commercial buil<strong>di</strong>ngs. Virtually any type of<br />
cooling and heating system can be simulated by AUDIT inclu<strong>di</strong>ng<br />
standard DX, evaporative, air source heat pumps, water source heat<br />
pumps, and all types of fossil fuelled furnaces and boilers (both<br />
modulating and on/off controlled). An optional version of AUDIT<br />
with appliance capabilities can calculate appliance and hot water<br />
energy use as well. AUDIT uses monthly bin weather data and full<br />
load cooling hours in its calculations. Weather data for hundreds of<br />
cities throughout the world are built-in to AUDIT and ad<strong>di</strong>tional weather data can be easily added. Along<br />
with calculating energy costs, AUDIT also performs an economic analysis that allows you to compare<br />
system types and costs over any given study period. There is even a loan and lease analysis report designed<br />
to demonstrate affordability of better systems by showing that the effective net monthly cost is often very<br />
low when monthly energy savings are considered. To make system comparisons easy, AUDIT allows you to<br />
manually enter equipment data or automatically look it up for you from ARI and GAMA equipment data<br />
files. AUDIT provides a wide selection of nicely formatted colour charts, graphs, and reports. AUDIT shares<br />
data with Elite's RHVAC, CHVAC, and Quick Quote programs.<br />
1.2.3.1. Expertise Required<br />
Knowledge of various types of HVAC equipment is helpful.<br />
1.2.3.2. Users<br />
5000 worldwide<br />
1.2.3.3. Au<strong>di</strong>ence<br />
HVAC Contractors and Engineers<br />
1.2.3.4. Input<br />
Two types of data are requested: general project data and specific HVAC system data. The general<br />
project data includes the summer and winter design con<strong>di</strong>tions, total cooling hours, the project name and<br />
location, client information, fuel cost data, optional appliance data, and the design heating and cooling loads.<br />
The HVAC system data includes specific information on the system type, model number, efficiency, cost,<br />
capacity, and fuel used. Economic data concerning initial system cost, interest and inflation rates, and loan<br />
amounts can also be entered. AUDIT can also import data from project data files created by the Elite's<br />
RHVAC and CHVAC load calculation programs.<br />
1.2.3.5. Output<br />
The AUDIT program provides numerous colour presentation quality reports inclu<strong>di</strong>ng a title page,<br />
project summary, system comparisons, appliance analysis, hot water heating, investment, loan, and lease<br />
analysis, line graphs, pie charts, and bar graphs. The reports can be previewed on screen or printed on any<br />
printer supported by Windows.<br />
1.2.3.6. Computer Platform<br />
Windows 9x, NT 4.0, 2000, XP, Pentium class processor, 16MB of RAM, 50MB of hard <strong>di</strong>sk space
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.3.7. Programming Language<br />
Visual Basic<br />
1.2.3.8. Strengths<br />
11<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Minimal input data required for obtaining HVAC operating costs. Great sales tool for showing the<br />
benefits of using high efficiency equipment.<br />
1.2.3.9. Weaknesses<br />
The simple and easy to use monthly bin method of calculation does not allow the simulation<br />
sophistication provided by hourly energy analysis methods.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.4. Autodesk Green Buil<strong>di</strong>ng <strong>Stu<strong>di</strong></strong>o<br />
12<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Seamlessly links architectural buil<strong>di</strong>ng information<br />
models (BIM) and certain 3-D CAD buil<strong>di</strong>ng designs<br />
with energy, water, and carbon analysis. Autodesk Green<br />
Buil<strong>di</strong>ng <strong>Stu<strong>di</strong></strong>o enables architects to quickly calculate the<br />
operational and energy implications of early design<br />
decisions. The Autodesk Green Buil<strong>di</strong>ng <strong>Stu<strong>di</strong></strong>o web service automatically generates geometrically accurate,<br />
detailed input files for major energy simulation programs. Green Buil<strong>di</strong>ng <strong>Stu<strong>di</strong></strong>o uses the DOE-2.2<br />
simulation engine to calculate energy performance and also creates geometrically accurate input files for<br />
EnergyPlus. Key to the integrated interoperability exhibited is the gbXML schema, an open XML schema of<br />
the International Alliance of Interoperability's aecXML Group. By using gbXML-enabled applications,<br />
Green Buil<strong>di</strong>ng <strong>Stu<strong>di</strong></strong>o web service users are able to eliminate redundant data entry and dramatically reduce<br />
the time and expense tra<strong>di</strong>tionally associated with whole-buil<strong>di</strong>ng energy simulation analyses.<br />
1.2.4.1. Expertise Required<br />
3D-CAD/BIM only (users need no special training in energy analysis)<br />
1.2.4.2. Users<br />
Users of gbXML-enabled 3D-CAD/BIM software applications<br />
1.2.4.3. Au<strong>di</strong>ence<br />
Practicing architects, designers, engineers, construction managers, etc. Power-user energy simulation<br />
consultants and researchers also use the web service to eliminate manual plan "take-offs" and to build<br />
geometrically accurate models.<br />
1.2.4.4. Input<br />
<strong>Automatica</strong>lly reads all buil<strong>di</strong>ng geometry data produced by a gbXML-enabled BIM or 3D-CAD<br />
program required to perform a thermal simulation analysis. (All other proprietary design data remains secure<br />
within the CAD application.) Minimum manual inputs required from end users are 'buil<strong>di</strong>ng type' and 'zip<br />
code'. Users may specify ad<strong>di</strong>tional input parameters to the extent they have been enabled in the BIM/CAD<br />
program's GUI. All other simulation variables supplied by the Autodesk Green Buil<strong>di</strong>ng <strong>Stu<strong>di</strong></strong>o web service<br />
may be viewed and e<strong>di</strong>ted in other DOE-2.2 or gbXML compatible applications.<br />
1.2.4.5. Output<br />
Outputs for each design scenario modelled include:<br />
• Estimated Energy & Cost Summary (annual, lifecycle)<br />
• Annual carbon footprint specific to region and utility mix<br />
• Renewable energy potential (photovoltaic and wind)<br />
• Weather data summary and user defined graphics<br />
• Buil<strong>di</strong>ng and site specific natural ventilation potential<br />
• US EPA EnergyStar comparison<br />
• Water and daylighting preliminary analysis for LEED<br />
• Buil<strong>di</strong>ng Summary of construction areas, equipment capacities, etc.<br />
• gbXML file for import to Trane TRACE 700 or other gbXML-compliant tools<br />
• DOE-2.2 file for import to eQUEST
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
• EnergyPlus IDF file for e<strong>di</strong>ting and running in EnergyPlus<br />
1.2.4.6. Computer Platform<br />
13<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Requires a modern web-browser and one of the following 3D-CAD/BIM applications:<br />
• Autodesk Revit Architecture or MEP (Windows)<br />
• Autodesk AutoCAD Architecture or MEP<br />
• Graphisoft ArchiCAD (Mac and Windows)<br />
• Bentley Architectural or HVAC (2008)<br />
1.2.4.7. Programming Language<br />
C#, C++, Visual Basic, XML, XSLT<br />
1.2.4.8. Strengths<br />
Autodesk Green Buil<strong>di</strong>ng <strong>Stu<strong>di</strong></strong>o reduces time and cost of buil<strong>di</strong>ng design and lifecycle management<br />
processes. Major benefits include:<br />
• Enables hourly whole buil<strong>di</strong>ng energy, carbon and water analyses much earlier in the design process.<br />
• Reduces design and analysis costs, allowing more design options to be explored within budget.<br />
• Compression of early design time, spee<strong>di</strong>ng project time to completion.<br />
• Accelerates analysis for LEED compliance.<br />
1.2.4.9. Weaknesses<br />
Resulting DOE-2.2 and EnergyPlus models can be very detailed.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.5. Be06<br />
14<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Calculates the energy demand of buil<strong>di</strong>ngs in relation to the new<br />
energy requirements in the 2006 ad<strong>di</strong>tions to the Danish Buil<strong>di</strong>ng<br />
Regulations 1995 implementing the EU EPBD, Energy Performance of<br />
Buil<strong>di</strong>ng Directive. Be06 calculations are performed in accordance with the<br />
mandatory calculation procedure described in SBi-<strong>di</strong>rection 213: Energy<br />
Demand of Buil<strong>di</strong>ngs (In Danish: SBi-anvisning 213: Bygningers<br />
Energibehov). The software uses the mandatory calculation core also<br />
developed by the Danish Buil<strong>di</strong>ng Research Institute, SBi.<br />
Be06 calculates the expected energy demand to operate the heating<br />
and climate con<strong>di</strong>tioning systems in all types of buil<strong>di</strong>ngs e.g. houses, block of flats, offices, institutions,<br />
schools, shops and workshops. The Be06 software calculates the needed energy supply to a buil<strong>di</strong>ng for<br />
room heating, ventilation, cooling, hot water and artificial lighting dependent on e.g. buil<strong>di</strong>ng design,<br />
buil<strong>di</strong>ng envelope, daylight access, ventilation system, heating installation and energy supply inclu<strong>di</strong>ng<br />
alternatives as solar heating, solar power and heat pumps. The energy supply needed to the buil<strong>di</strong>ng is<br />
compared to the energy frame in the Buil<strong>di</strong>ng Regulations.<br />
1.2.5.1. Validation/Testing<br />
Based on European standards (EN and ISO) developed in CEN in relation to the EPBD buil<strong>di</strong>ngs<br />
<strong>di</strong>rective.<br />
1.2.5.2. Expertise Required<br />
General knowledge on buil<strong>di</strong>ng envelope and installations are necessary. Basic use of Be06 can be<br />
learned in 2-4 hours.<br />
1.2.5.3. Users<br />
1100 users in Denmark<br />
1.2.5.4. Au<strong>di</strong>ence<br />
Consultant engineers, architects, constructers, builders, energy consultants, local buil<strong>di</strong>ng authorities<br />
1.2.5.5. Input<br />
Buil<strong>di</strong>ng envelope areas and U-values, windows size, orientation, thermal characteristics and solar<br />
sha<strong>di</strong>ng, ventilation systems, airing possibilities, daylight con<strong>di</strong>tions, artificial lighting systems cooling<br />
system (if installed), heating and domestic hot water system. Input also includes data for the actual energy<br />
supply e.g. boiler, <strong>di</strong>strict heating, electricity, heat pump, solar heating or power. The data are entered in a<br />
standard windows interface.<br />
1.2.5.6. Output<br />
There are three types of output: key results, detailed results and model documentation.<br />
1.2.5.7. Computer Platform<br />
Windows
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.5.8. Programming Language<br />
C++<br />
1.2.5.9. Strengths<br />
15<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Easy calculation of the energy demand for buil<strong>di</strong>ng operation. Check compliance with the energy<br />
requirements in the Danish buil<strong>di</strong>ng Regulations.<br />
1.2.5.10. Weaknesses<br />
Not appropriate for design and sizing of systems.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.6. BEAVER<br />
16<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
WINDOWS environment for the ESPII Fortran program which<br />
estimates the energy consumption of buil<strong>di</strong>ngs using the ASHRAE Response<br />
Factor Method. BEAVER buil<strong>di</strong>ng energy simulation provides for user<br />
friendly input of data, processing and viewing of the results.<br />
BEAVER estimates the energy consumption of a buil<strong>di</strong>ng hourly over a<br />
given period of time taking into account the site location, the buil<strong>di</strong>ng<br />
structure and the type of buil<strong>di</strong>ng services installed to maintain the desired<br />
environmental con<strong>di</strong>tions. It enables a designer to investigate alternatives and<br />
make energy comparisons quickly and effectively for a very wide range of buil<strong>di</strong>ng configurations and air<br />
con<strong>di</strong>tioning systems using actual measured climatic data.<br />
A comprehensive range of air handling systems, primary plant and control strategies enable the<br />
modelling of a wide range of buil<strong>di</strong>ng services SYSTEMS. Numerous plant items can be in<strong>di</strong>vidually<br />
scheduled so that fans, coils, thermostats, outside air cycles, chillers, boilers, heat exchangers, energy<br />
recor<strong>di</strong>ng meters can all have their own operating times. The program can be used in Southern and Northern<br />
latitudes.<br />
1.2.6.1. Validation/Testing<br />
The program has been BESTESTed.<br />
1.2.6.2. Expertise Required<br />
Knowledge of air con<strong>di</strong>tioning systems and thermal heat transfer is essential. A one day training<br />
course is recommended.<br />
1.2.6.3. Users<br />
41 companies in Australia and New Zealand.<br />
1.2.6.4. Au<strong>di</strong>ence<br />
HVAC design engineers and contractors, local government and university teaching departments.<br />
1.2.6.5. Input<br />
The geometric details of the buil<strong>di</strong>ng inclu<strong>di</strong>ng sha<strong>di</strong>ng schemes and the internal people, lights and<br />
equipment loads. Load profiles and operating schedules.<br />
Details of the each air handling plant and the zones/rooms they serve. The Air Handling system type is<br />
selected from a series of graphics which <strong>di</strong>splay the details included with the unit. To this basic system<br />
various extra components or operating strategies can be added inclu<strong>di</strong>ng Heat Recovery, Preheat Coils,<br />
Exhaust Fan, Temperature reset on heating and cooling coils, etc. The primary plants which can include<br />
boilers, chillers, on site generators, waste heat boilers, solar collectors, ice or chilled water storage tanks.<br />
These components can be linked in numerous configurations with a wide range of control schemes. Part load<br />
performance is user specified with provision for adjustment on the basis of outdoor air dry or wet bulb<br />
temperature.<br />
Data input is interactive (mouse driven) via WINDOWS <strong>di</strong>alogue boxes, selection lists drop down lists<br />
and entry fields on a series of screens running through general Project information to in<strong>di</strong>vidual space data<br />
and for all the buil<strong>di</strong>ng services plant, capacities, operating schedules, etc. Buttons on the toolbar and special<br />
keys allow the user to copy in<strong>di</strong>vidual values, columns of data or complete screens from space to space or<br />
system to system and there is a facility for making global changes.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
17<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Graphical <strong>di</strong>splays are provided for schedules, adjacent sha<strong>di</strong>ng, external walls and roofs, air handling<br />
and primary plant and these provide a convenient visual check for the user on the data being entered.<br />
Provision is also available to <strong>di</strong>rectly import data from the ACADS-BSG Air Con<strong>di</strong>tioning Load<br />
Estimation Program CAMEL and most of the LOADS input screens have been deliberately made to look<br />
similar to the CAMEL screens Range and data checking is provided on all input items and a comprehensive<br />
consistency check is made on the data entered. Comprehensive help is provided on all input items.<br />
1.2.6.6. Output<br />
The results from the calculations include:<br />
• the monthly and total energy consumption peak demand by fuel type,<br />
• a list of the maximum and minimum temperatures in each space together with the number of times the<br />
space temperature has gone outside the thermostat range. These are also <strong>di</strong>splayed ignoring the first<br />
hour of operation each day to in<strong>di</strong>cate the effect of pull down loads,<br />
• the Loa<strong>di</strong>ng as the number of occurrences in 10 percentage bands for each chiller, boiler and on-site<br />
generator,<br />
• the maximum load on each AHU (coil load and for VAV systems air quantity) and the chiller plant.<br />
This helps users identify why space temperatures are not being maintained:<br />
• the monthly and total kWhrs and peak demands by energy consumption type (heating, cooling, reheat,<br />
etc.) for each air handling unit,<br />
• monthly and total loads transferred to the primary plant,<br />
• monthly and total loads and energy consumption and monthly peak demands for solar collectors,<br />
storage tanks and heat reclaim plant,<br />
• monthly and total energy consumption and peak demand for all user nominated sub-meters,<br />
• the results of the energy study can also be viewed (and printed) graphically with facilities for line and<br />
bar graphs, pie charts, etc for the monthly and annual energy consumption by fuel type or sub meter,<br />
• detailed hourly results can be presented in a format suitable for importing to a spreadsheet to allow<br />
further evaluation of the results and plotting.<br />
1.2.6.7. Computer Platform<br />
WINDOWS 98/NT/2000/ME/XP<br />
1.2.6.8. Programming Language<br />
Visual Basic and Fortan<br />
1.2.6.9. Strengths<br />
The program has many features that make the inputting of data very rapid compared to most other<br />
similar programs. It only needs x, y, z co-or<strong>di</strong>nates for example when sha<strong>di</strong>ng is required. A major feature is<br />
its link to CAMEL the ACADS-BSG Load Estimation program. During its twenty-five years progressive<br />
evolvement since its introduction in Australia and New Zealand, it has had many practical features suggested<br />
by users incorporated.<br />
1.2.6.10. Weaknesses<br />
Some system types not included and it does not model chilled and condenser water loops. It has a<br />
limited range of windows available for selection. Lacks some flexibility in that it is confined to set system<br />
types. It cannot model natural ventilation or daylighting.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.7. BEES<br />
18<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Powerful technique for selecting cost-effective, environmentally<br />
preferable buil<strong>di</strong>ng products. BEES (Buil<strong>di</strong>ng for Environmental and<br />
Economic Sustainability) is based on consensus standards and designed to<br />
be practical, flexible, and transparent. BEES reduces complex, sciencebased<br />
technical content (e.g., over 400 environmental flows from raw<br />
material acquisition through product <strong>di</strong>sposal) to decision-enabling results<br />
and delivers them in a visually intuitive graphical format. The Windowsbased<br />
decision support software, aimed at designers, builders, and product<br />
manufacturers, includes actual environmental and economic performance data for nearly 200 buil<strong>di</strong>ng<br />
products (both generic and brand-specific).<br />
BEES measures the environmental performance of buil<strong>di</strong>ng products by using the environmental lifecycle<br />
assessment approach specified in ISO 14040 standards.<br />
All stages in the life of a product are analyzed: raw material acquisition, manufacture, transportation,<br />
installation, use, and recycling and waste management. Economic performance is measured using the ASTM<br />
standard life-cycle cost method, which covers the costs of initial investment, replacement, operation,<br />
maintenance and repair, and <strong>di</strong>sposal.<br />
Environmental and economic performance are combined into an overall performance measure using<br />
the ASTM standard for Multi-Attribute Decision Analysis. For the entire BEES analysis, buil<strong>di</strong>ng products<br />
are defined and classified accor<strong>di</strong>ng to the ASTM standard classification for buil<strong>di</strong>ng elements known as<br />
UNIFORMAT II.<br />
1.2.7.1. Expertise Required<br />
None<br />
1.2.7.2. Users<br />
Over 9000 copies of BEES 2.0 requested by users in over 80 countries.<br />
1.2.7.3. Au<strong>di</strong>ence<br />
Designers, specifiers, builders, product manufacturers, purchasers, researchers, and policy makers.<br />
1.2.7.4. Input<br />
User may set relative importance weights for: synthesizing up to 12 environmental impact scores<br />
(global warming, acid rain, eutrophication, fossil fuel depletion, indoor air quality, habitat alteration, ozone<br />
depletion, smog, human health, ecological toxicity, criteria air pollutants, and water intake) into an<br />
environmental performance score, <strong>di</strong>scounting future costs to their equivalent present value, combining<br />
environmental and economic performance scores into an overall performance score.<br />
Default values provided for all of this windows-based input. Weighting is optional.<br />
1.2.7.5. Output<br />
Summary graphs depicting life-cycle environmental and economic performance scores for competing<br />
buil<strong>di</strong>ng product alternatives. Detailed graphs also available depicting physical flow quantities for each<br />
environmental impact (e.g., grams of carbon <strong>di</strong>oxide for the global warming impact), embo<strong>di</strong>ed energy, and<br />
first and future costs.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.7.6. Computer Platform<br />
19<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Windows 95, 98, 2000, NT, or XP personal computer with a 486 or higher microprocessor, 32<br />
Megabytes or more of RAM, at least 110 Megabytes of available <strong>di</strong>sk space, and a printer.<br />
1.2.7.7. Programming Language<br />
CA Visual Objects<br />
1.2.7.8. Strengths<br />
Offers a unique blend of environmental science, decision science, and economics. It uses life-cycle<br />
concepts, is based on consensus standards, and is designed to be practical, flexible, and transparent. It is<br />
practical in its systematic packaging of detailed, science-based, quantitative environmental and economic<br />
performance data in a manner that offers useful decision support. It is flexible in allowing tool users to<br />
customize judgments about key study parameters. It is transparent in documenting and provi<strong>di</strong>ng all the<br />
supporting performance data and computational algorithms.<br />
1.2.7.9. Weaknesses<br />
Includes environmental and economic performance data for only 200 buil<strong>di</strong>ng products covering 23<br />
buil<strong>di</strong>ng elements.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.8. BLAST<br />
20<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
The Buil<strong>di</strong>ng Loads Analysis and System Thermodynamics<br />
(BLAST) tool is a comprehensive set of programs for pre<strong>di</strong>cting energy<br />
consumption and energy system performance and cost in buil<strong>di</strong>ngs. The<br />
BLAST program was developed by the U.S. Army Construction<br />
Engineering Research Laboratory (USA CERL) and the University of<br />
Illinois. BLAST contains three major subprograms: Space Loads Pre<strong>di</strong>ction, Air System Simulation, and<br />
Central Plant. The Space Loads Pre<strong>di</strong>ction subprogram computes hourly space loads in a buil<strong>di</strong>ng based on<br />
weather data and user inputs detailing the buil<strong>di</strong>ng construction and operation.<br />
The heart of space loads pre<strong>di</strong>ction is the room heat balance. For each hour simulated, BLAST<br />
performs a heat balance for each surface of each zone described and a heat balance on the room air. The Air<br />
System Simulation subprogram uses the computed space loads, weather data, and user inputs describing the<br />
buil<strong>di</strong>ng air-handling system to calculate hot water, steam, gas, chilled water, and electric demands of the<br />
buil<strong>di</strong>ng and air- handling system.<br />
Once zone loads are calculated, they are translated into hot water, steam, chilled water, gas, and<br />
electrical demands on a central plant or utility system. This is done by using basic heat and mass balance<br />
principles in the system simulation subprogram of BLAST. Once the hot water, steam, chilled water, gas,<br />
and electrical demands of the buil<strong>di</strong>ng fan systems are known, the central plant must be simulated to<br />
determine the buil<strong>di</strong>ng's final purchased electrical power and/or fuel consumption.<br />
The Central Plant Simulation subprogram uses weather data, results of the air <strong>di</strong>stribution system<br />
simulation, and user inputs describing the central plant to simulate boilers, chillers, on-site power generating<br />
equipment and solar energy systems; it computes monthly and annual fuel and electrical power consumption.<br />
BLAST can be used to investigate the energy performance of new or retrofit buil<strong>di</strong>ng design options<br />
of almost any type and size. In ad<strong>di</strong>tion to performing peak load (design day) calculations necessary for<br />
mechanical equipment design, BLAST also estimates the annual energy performance of the facility, which is<br />
essential for the design of solar and total energy (cogeneration) systems and for determining compliance with<br />
design energy budgets. BLAST is no longer under development and no new versions have been released<br />
since 1998.<br />
1.2.8.1. Expertise Required<br />
High level of computer literacy not required; engineering background helpful for analysis of air<br />
handling systems.<br />
1.2.8.2. Users<br />
Over 500.<br />
1.2.8.3. Au<strong>di</strong>ence<br />
Mechanical, energy, and architectural engineers working for architect/engineer firms, consulting firms,<br />
utilities, federal agencies, research universities, and research laboratories.<br />
1.2.8.4. Input<br />
Buil<strong>di</strong>ng geometry, thermal characteristics, internal loads and schedules, heating and cooling<br />
equipment and system characteristics. Readable structured, input file may be generated by either the BTEXT<br />
program or the Drawing Navigator Program, which allows the user to generate a BLAST input file from<br />
AutoCad and Microstation buil<strong>di</strong>ng representations.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.8.5. Output<br />
21<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
More than 50 user-selected, formatted reports printed <strong>di</strong>rectly by BLAST; also the REPORT WRITER<br />
program can generate tables or spreadsheet-ready files for over one hundred BLAST variables.<br />
1.2.8.6. Computer Platform<br />
PC-compatible, 386 or higher; HP/Apollo. Source code is available and has been successfully<br />
compiled on most UNIX workstations.<br />
1.2.8.7. Programming Language<br />
FORTRAN<br />
1.2.8.8. Strengths<br />
PC format has structured interface; detailed heat balance algorithms allow for analysis of thermal<br />
comfort, passive solar structures, high and low intensity ra<strong>di</strong>ant heat, moisture, and variable heat transfer<br />
coefficients -- none of which can be analyzed in programs with less rigorous zone models; code modularity<br />
lends itself to research versions of the program, such as integrated BLAST (IBLAST) and integrated BLAST<br />
with modular systems (IBLAST-M).<br />
1.2.8.9. Weaknesses<br />
High level of expertise required to develop custom system and plant models.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.9. BSim<br />
22<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
BSim is a user-friendly simulation package that provides means for detailed,<br />
combined hygrothermal simulations of buil<strong>di</strong>ngs and constructions. The package<br />
comprise several modules: SimView (graphic model e<strong>di</strong>tor and input generator), tsbi5<br />
(hygro-thermal buil<strong>di</strong>ng simulation core), SimLight (tool for analyses of daylight<br />
con<strong>di</strong>tions in simple rooms), XSun (graphical tool for analyses of <strong>di</strong>rect sunlight and<br />
shadowing), SimPV (a simple tool for calculation of the electrical yield from PV<br />
systems), NatVent (analyses of single zone natural ventilation) and SimDxf (a simple<br />
tool which makes it possible to import CAD drawings in DXF format).<br />
Only the most central modules will be described in the following. For further information see Rode<br />
and Grau (2003). BSim has been used extensively over the past 20 years, previously under the name tsbi3.<br />
Today BSim is the most commonly used tool in Denmark, and with increasing interest abroad, for energy<br />
design of buil<strong>di</strong>ngs and for moisture analysis.<br />
The SimView module offers the user advanced opportunities for creating the buil<strong>di</strong>ng geometry and<br />
attributing properties to any object of the buil<strong>di</strong>ng model. SimView has an interface split into five frames,<br />
four showing <strong>di</strong>fferent views of the geometry and one showing the model in a hierarchical tree structure. In<br />
this way it is easy for the user to identify any model object and make changes to it.<br />
The core of the BSim program package is a combined transient thermal and transient indoor humi<strong>di</strong>ty<br />
and surface humi<strong>di</strong>ty simulation module tsbi5. The transient simulation of indoor humi<strong>di</strong>ty con<strong>di</strong>tions takes<br />
into account the moisture buffer capacity of buil<strong>di</strong>ng components and furnishings and the supply of humi<strong>di</strong>ty<br />
from indoor activities. XSun is a tool for detailed analyses and simulation of solar ra<strong>di</strong>ation through windows<br />
and openings in buil<strong>di</strong>ng constructions. Analyses of shadows from remote objects such as neighboring<br />
buil<strong>di</strong>ngs can also be analyzed by using XSun. During thermal simulations with tsbi5, the routines of XSun<br />
are used to <strong>di</strong>stribute solar energy to the exact location in the model. Simulations with XSun can be shown as<br />
animations of the movements of sunspots in the spaces of the buil<strong>di</strong>ng model. Animations can be saved as<br />
standard Windows video sequences and be shown on a PC where BSim has not been installed<br />
1.2.9.1. Validation/Testing<br />
The thermal simulation core has been validated in the IEA (International Energy Agency) Task 12 /<br />
Annex 21 "Empirical validation of thermal buil<strong>di</strong>ng simulation programs using test room data" activity. Any<br />
ad<strong>di</strong>tions to the program since then have been validated in<strong>di</strong>vidually by external experts.<br />
1.2.9.2. Expertise Required<br />
Users must have some general knowledge on buil<strong>di</strong>ng design and how buil<strong>di</strong>ngs behave thermally in<br />
order create the buil<strong>di</strong>ng model.<br />
1.2.9.3. Users<br />
Approximately 650 licenses, of which most are in Denmark and Germany, but there are also users in<br />
Canada, Mexico, New Zealand, Japan, France, Sweden, Norway, and Iceland.<br />
1.2.9.4. Au<strong>di</strong>ence<br />
Engineers, researchers and students.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.9.5. Input<br />
23<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
When using BSim the buil<strong>di</strong>ng is <strong>di</strong>vided into rooms, some in thermal zones. Only rooms in thermal<br />
zones will be simulated dynamically, the rest can be used in other applications. The following groups of<br />
information are needed: materials, buil<strong>di</strong>ng component, equipment and systems.<br />
Rooms and thermal zones<br />
The geometry of the rooms are created in the model graphic e<strong>di</strong>tor or imported from CAD drawings.<br />
Room or rooms are attached to thermal zones by drag and drop in the tree structure of the model.<br />
Constructions and materials<br />
Description of type, density, thermal capacity, thermal conductivity, and PCM (phase change material)<br />
properties. Walls, floors and roof constructions are built in layers accor<strong>di</strong>ng to the description of the<br />
materials. All materials and constructions are defined in a database and attached to the model as defaults in<br />
one operation or one by one by drag and drop from the database.<br />
Systems and functions<br />
Internal loads (e.g. persons, lighting, equipment, moisture load), natural single and multi zone<br />
ventilation (e.g. infiltration, venting), heating (floor/construction and/or ra<strong>di</strong>ator) and cooling ra<strong>di</strong>ators, and<br />
ventilation systems. All such "systems" are defined by the physical component as well as how it is controlled<br />
and when in function.<br />
Ventilation plants<br />
Supply and exhaust fans as well as total pressure rise and total efficiency. Units of heat recovery,<br />
heating and cooling coils, and humi<strong>di</strong>fiers. Together with the control strategy chosen, these data form the<br />
base for calculating the power demand and energy consumption necessary for running the ventilation plants.<br />
Automatic control strategies<br />
Are defined for each in<strong>di</strong>vidual ventilation plant, e.g. changes in temperature, volume flow, moisture<br />
content, readjustment between winter and summer periods. Differentiation is made between data of the<br />
physical components of the plant (in the company catalogue) and the control function (automatic or manual<br />
equipment).<br />
Climate data<br />
BSim uses climate data in binary format, but has a built-in function for converting text formatted<br />
hourly data to the binary format. This function can automatically convert climate data files in<br />
EnergyPlus/ESP-r weather format.<br />
Default libraries<br />
BSim comes with standard libraries for: constructions (walls, floors, roofs, and internal walls),<br />
materials, glass, window frames, people loads, schedules and national constants. The connection between the<br />
model and the libraries is handled by drag and drop operations in the buil<strong>di</strong>ng model. The user can choose<br />
from these libraries or define new input.<br />
Input interface<br />
Input is given as properties of the in<strong>di</strong>vidual objects or <strong>di</strong>rectly in the graphical representation of the<br />
model.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.9.6. Output<br />
24<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
The user can chose any of the calculated parameters for each construction layer, each thermal zone<br />
plus data from ambient climate, as output on hourly, weekly, monthly or perio<strong>di</strong>cal basis, in either tabular or<br />
graphic form. The variables can also be presented in "sum" graphs or tables. Finally the energy balances for<br />
each zone or the whole buil<strong>di</strong>ng can be shown. Outputs can be copied (graphics or numbers) for presentation<br />
in other programs.<br />
1.2.9.7. Computer Platform<br />
PC equipped with an Intel Pentium processor (min. 800 MHz) or compatible. Operating system:<br />
Windows NT version 4, SP3, Windows 2000, Windows XP, or Windows Vista.<br />
1.2.9.8. Programming Language<br />
MS-Visual C++.<br />
1.2.9.9. Strengths<br />
Analysis of the indoor thermal and moisture climate in complex buil<strong>di</strong>ngs or buil<strong>di</strong>ngs with special<br />
requirements for the indoor climate. Simultaneous simulation of energy and moisture transfer in buil<strong>di</strong>ng<br />
constructions. Multi zone natural air flow simulations. Intuitive graphic user interface. The Danish Buil<strong>di</strong>ng<br />
Research Institute is continuously updating BSim to accommodate changes and developments in the buil<strong>di</strong>ng<br />
industry.<br />
1.2.9.10. Weaknesses<br />
No standar<strong>di</strong>zed result reports. No possibility batch processing of simulation models at this time –<br />
typical simulation time for an average model is though only a few minutes on an up to date computer. No<br />
support of geometrical input from CAD tools in IFC file formats –this facility is presently being developed.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.10. Buil<strong>di</strong>ng Greenhouse Rating<br />
25<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Provides assessments of the greenhouse intensity of office buil<strong>di</strong>ngs<br />
by awar<strong>di</strong>ng a star rating on a scale of one to five. Buil<strong>di</strong>ngs identified by<br />
the Australian Buil<strong>di</strong>ng Greenhouse Rating scheme with a high star rating<br />
will be more energy efficient and cheaper to run, and will result in lower<br />
greenhouse gas emissions. Separate components of the buil<strong>di</strong>ng can be rated<br />
- a base buil<strong>di</strong>ng rating measures the performance of those services provided<br />
by the buil<strong>di</strong>ng manager/landlord; and a tenancy rating measures the<br />
services for which the tenant is responsible. A whole buil<strong>di</strong>ng rating<br />
measures the combined effect.<br />
The software tool uses information gathered from the existing<br />
buil<strong>di</strong>ng to benchmark the energy performance against the national Australian property market. Buil<strong>di</strong>ng<br />
owners, managers, tenants and investors can use the tool to self assess to roughly ascertain their property's<br />
performance. An assessment performed by an ABGR Accre<strong>di</strong>ted Assessor will provide an official ABGR<br />
Performance Rating, which may then be used in marketing and promotional materials.<br />
1.2.10.1. Expertise Required<br />
For self assessment, no expert knowledge required. Official ratings can only be performed by trained<br />
Accre<strong>di</strong>ted Assessors.<br />
1.2.10.2. Users<br />
More than 2000 downloads and more than 200 official ratings (all Australia).<br />
1.2.10.3. Au<strong>di</strong>ence<br />
Australian property market stakeholders - Buil<strong>di</strong>ng owners, managers, tenants, investors, developers,<br />
designers.<br />
1.2.10.4. Input<br />
Requires buil<strong>di</strong>ng operational data - size in Net Lettable Area (NLA), location of the buil<strong>di</strong>ng, number<br />
of occupants, number of computers in regular use, number of hours per week that the buil<strong>di</strong>ng is occupied,<br />
and 12 months of billing data for all energy sources in the buil<strong>di</strong>ng. The user enters data via text inputs.<br />
1.2.10.5. Output<br />
Report on greenhouse rating (stars), normalized greenhouse emissions (kgCO2/m 2 ) and energy<br />
consumption (MJ/m 2 ). The report shows what the star rating of the buil<strong>di</strong>ng means in terms of actual<br />
performance against the national benchmark.<br />
1.2.10.6. Computer Platform<br />
Internet-based<br />
1.2.10.7. Programming Language<br />
Java
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.10.8. Strengths<br />
26<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Unique tool for provi<strong>di</strong>ng insight into the actual energy and greenhouse performance of your office<br />
buil<strong>di</strong>ng against the national property market, enabling informed decision making on energy efficiency<br />
improvements. Useful for determining actual savings from implemented energy efficiency measures, by<br />
normalizing the operational data for changes in usage patterns.<br />
1.2.10.9. Weaknesses<br />
Normalizing curves available for Australian office buil<strong>di</strong>ngs only - will not provide meaningful results<br />
for other buil<strong>di</strong>ng types or locations without further industry benchmarking.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.11. Cepenergy Management Software for Buil<strong>di</strong>ngs<br />
27<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Cepenergy Management Software for Buil<strong>di</strong>ngs, is a tool for the<br />
analysis of the Energy Matrix (Electricity, Water, Fuel), and CO2<br />
emissions in buil<strong>di</strong>ngs.<br />
Energy Problems, Saving and Optimizing.<br />
Tool of Management for Energy leakage.<br />
Culture and learning of Energy Management.<br />
Manage the cooperation and contribution, at the Buil<strong>di</strong>ng level, to<br />
decrease the generation of greenhouse gases.<br />
Measurement of energy efficiency is the most outstan<strong>di</strong>ng<br />
environmental benefit. It’s a new tool for multivariable analysis which<br />
combines simultaneously all kinds of energy together with the respective<br />
utility bills to get a model and a value for the energy efficiency.<br />
1.2.11.1. Validation/Testing<br />
Data can be validated in each running. Software pre<strong>di</strong>cts saving money to each energy used, so results<br />
can be confronted with the decrease of spen<strong>di</strong>ng caused of a higher energy efficiency.<br />
1.2.11.2. Expertise Required<br />
Basic knowledge of Windows and Office, Energy, Process, Utilities, Facilities, Maintenance.<br />
1.2.11.3. Users<br />
Include Universities Buil<strong>di</strong>ngs, College Buil<strong>di</strong>ngs and k12 School Buil<strong>di</strong>ngs, Retail Buil<strong>di</strong>ngs, Office<br />
Buil<strong>di</strong>ngs, Multifamily Buil<strong>di</strong>ngs, Lodgings, Health Care Buil<strong>di</strong>ngs, Government Buil<strong>di</strong>ngs, Army<br />
Buil<strong>di</strong>ngs, Commercial, Industrial and Business Buil<strong>di</strong>ngs.<br />
1.2.11.4. Au<strong>di</strong>ence<br />
Buil<strong>di</strong>ngs Managers, Energy Program Managers, Buil<strong>di</strong>ngs Designers, Facility Managers, Architects,<br />
Builders Engineers, Utilities and Energy Managers, Maintenance Buil<strong>di</strong>ngs Managers.<br />
1.2.11.5. Input<br />
In the worksheet, fill in all kind of energy data used in the buil<strong>di</strong>ng, number of people that inhabit the<br />
buil<strong>di</strong>ng, numbers of square feet of the buil<strong>di</strong>ng, utility bills. Previously the software is calibrated to the scale<br />
of use.<br />
1.2.11.6. Output<br />
The software models the energy consumption obtaining the following results: energy efficiency of the<br />
buil<strong>di</strong>ng got as a number (%) to each month in analysis and over a year and for each kind of energy<br />
considered. Prospective savings, action plan and conclusions averaged to improve the energy efficiency,<br />
investments ($) to carry out a profitable plan of energy efficiency, as well as the efficiency of the CO2<br />
emissions and the Kg CO2/people emitted.<br />
1.2.11.7. Computer Platform<br />
Windows XP, Vista, Office 2003. Personal computer with a 486 or higher microprocessor, 25<br />
Megabytes or more of RAM, at least 100 Megabytes of available <strong>di</strong>sk space.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.11.8. Programming Language<br />
Visual Basic<br />
1.2.11.9. Strengths<br />
28<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
It is a tool that calculates a numeric value (%) of the energy efficiency. It allows the user to model and<br />
simulate <strong>di</strong>fferent kinds of energy used in a buil<strong>di</strong>ng (electricity, water, fuel). Water is considered too. Users<br />
may know how much CO2 is emitted to the environment and the efficiency of these emissions as well. Filling<br />
in the money spent for each, it’s possible to know the savings level. Output file is a spreadsheet full<br />
compatible on Windows. User can know where are the weak/strong points in the use of energy and how to<br />
manage them to increase its efficiency and save money. User just need to know its money spen<strong>di</strong>ng and rates<br />
of monthly consumption of energy used in the buil<strong>di</strong>ng.<br />
1.2.11.10. Weaknesses<br />
To get all the strengths of this software, users must to understand and know how to use the worksheet.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.12. Climawin 2005<br />
Thermal calculation software to determine compliance<br />
with French buil<strong>di</strong>ng thermal regulations. CAD buil<strong>di</strong>ng files<br />
(DWG, DXF, IFC) can be imported to the calculations.<br />
1.2.12.1. Validation/Testing<br />
29<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Waiting for the French 2005 thermal regulation certification process.<br />
1.2.12.2. Expertise Required<br />
Thermal engineer, special training available.<br />
1.2.12.3. Users<br />
About 1000 users.<br />
1.2.12.4. Au<strong>di</strong>ence<br />
Thermal engineering and design departments, architects<br />
1.2.12.5. Input<br />
Geometry and thermal characteristics, ventilation systems, heating systems. Data can be <strong>di</strong>rectly<br />
imported from a CAD file.<br />
1.2.12.6. Output<br />
Buil<strong>di</strong>ng consumption, heat losses, contributions of heat, and results for the French 2005 thermal<br />
regulation.<br />
1.2.12.7. Computer Platform<br />
PC, Windows 98 to XP<br />
1.2.12.8. Programming Language<br />
Delphi<br />
1.2.12.9. Strengths<br />
Best suited to verify a buil<strong>di</strong>ng complies with French thermal regulation.<br />
1.2.12.10. Weaknesses<br />
Cannot be used for comprehensive thermal simulation.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.13. COMcheck<br />
30<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Designed to streamline the energy code compliance and approval<br />
process and is focused on the needs of those who design, build and enforce<br />
buil<strong>di</strong>ng codes for commercial and high-rise residential buil<strong>di</strong>ng projects.<br />
The software addresses the enforceable provisions in commercial buil<strong>di</strong>ng<br />
energy codes based on ASHRAE/IESNA Standard 90.1-1989/1999 and<br />
IECC 1998, 2000 and 2001 that are applicable to commercial and high-rise<br />
residential projects, inclu<strong>di</strong>ng buil<strong>di</strong>ng envelope, lighting, HVAC, and<br />
service water heating requirements.<br />
1.2.13.1. Expertise Required<br />
Well documented; very little computer experience required.<br />
1.2.13.2. Users<br />
More than 60,000.<br />
1.2.13.3. Au<strong>di</strong>ence<br />
Designers and builders of small commercial and buil<strong>di</strong>ng departments tasked with enforcing<br />
commercial buil<strong>di</strong>ng energy codes.<br />
1.2.13.4. Input<br />
Buil<strong>di</strong>ng-related project information on buil<strong>di</strong>ng envelope and lighting systems.<br />
1.2.13.5. Output<br />
Preformatted compliance report, which can be sent to a printer or written to a file.<br />
1.2.13.6. Computer Platform<br />
PC (Windows NT/95/98/2000/XP)<br />
1.2.13.7. Programming Language<br />
C++<br />
1.2.13.8. Strengths<br />
Provides an easy way to show compliance of small commercial buil<strong>di</strong>ngs with energy codes based on<br />
ASHRAE/IESNA 90.1-1989 and 1999.<br />
1.2.13.9. Weaknesses<br />
Does not provide cre<strong>di</strong>t for use of certain advanced energy features (e.g., automatic lighting controls<br />
for daylight utilization).
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.14. Design Advisor<br />
31<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Web suite of buil<strong>di</strong>ng energy simulators that model energy, comfort, and daylighting performance, and<br />
give estimates of the long-term cost of utilities. The simulations restrict flexibility in order to offer users<br />
greater ease-of-use and speed. The tool can be quickly mastered by non-technical designers, and runs fast<br />
enough to allow them the scope to experiment with many <strong>di</strong>fferent versions of a design during a single<br />
sitting. The imme<strong>di</strong>ate feedback that the site provides makes it useful in the conceptual phase of design,<br />
when architects cannot afford to invest large amounts of time to rule out any particular idea. The emphasis of<br />
the energy model is on the envelope system of the buil<strong>di</strong>ng, and includes simulations of high-technology<br />
windows such as double-skin facades. Energy-load estimates are based on a library of climate data for 30<br />
<strong>di</strong>fferent cities around the world.<br />
1.2.14.1. Validation/Testing<br />
Validated against EnergyPlus with results within 15%. Testing results not yet available on web site.<br />
1.2.14.2. Expertise Required<br />
None<br />
1.2.14.3. Users<br />
More than 1400 unique users over the first six months. More than Approximately 1400 in<strong>di</strong>vidual IP<br />
addresses logged in during the last 6 months. More than 8-10 new users per day.<br />
1.2.14.4. Au<strong>di</strong>ence<br />
architects, planners, buil<strong>di</strong>ng contractors<br />
1.2.14.5. Input<br />
Using text fields and buttons only.<br />
1.2.14.6. Output<br />
Output is in the form of graphs showing monthly and yearly energy consumption, graded colour charts<br />
depicting comfort zones in a room, 3-D perspective images showing daylighting effects, and a text-based<br />
page showing a comprehensive listing of inputs and outputs.<br />
1.2.14.7. Computer Platform<br />
Web-based<br />
1.2.14.8. Programming Language<br />
Java, HTML and JavaScript<br />
1.2.14.9. Strengths<br />
Accuracy within 10-15%, to be used as an approximate tool for comparing early buil<strong>di</strong>ng design<br />
concepts.<br />
1.2.14.10. Weaknesses<br />
Difficult to fine-tune when a buil<strong>di</strong>ng is beyond early design concepts.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.15. DeST<br />
32<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
DeST, or Designer’s Simulation Toolkit, is a tool developed for<br />
ai<strong>di</strong>ng HVAC engineers to realize “design by analysis, design by<br />
simulation”. It can also be used to help architects optimize their<br />
thermal performance of fabrics. It is an annual buil<strong>di</strong>ng energy<br />
consumption analyze software doing simulation hourly for HVAC<br />
designers, applying simulation into <strong>di</strong>fferent phases of design. DeST is<br />
“design by simulation”, which means that DeST is designed to make it possible to apply simulation into<br />
<strong>di</strong>fferent parts of buil<strong>di</strong>ng design and is convenient for a designer to get sufficient aid in the design process.<br />
In ad<strong>di</strong>tion, DeST has incorporated <strong>di</strong>fferent stages of the buil<strong>di</strong>ng design processes and has five main<br />
simulation stages: buil<strong>di</strong>ng thermal process, system scheme analysis, AHU system analysis, duct/pipe<br />
networks, and plant analysis. These simulation stages provide accurate results to fulfill the needs for <strong>di</strong>fferent<br />
stages of buil<strong>di</strong>ng system design. The second one is that an advanced multi-zone heat and mass balance<br />
methodology based on state space method is applied in buil<strong>di</strong>ng thermal environment simulations with high<br />
accuracy. The third one is that DeST has used a three-<strong>di</strong>mensional dynamic heat transfer methodology for<br />
annual simulation which is easy to compute the heat transfer of a ground-coupled envelope quickly and<br />
accurately. Dynamic simulation method coupling CFD with hourly buil<strong>di</strong>ng simulation used in DeST is the<br />
fourth feature. And the last one is that DeST has used system simulation methodology under uncertain inner<br />
heat gains.<br />
DeST comprises a number of <strong>di</strong>fferent modules for handling <strong>di</strong>fferent functions: Medpha<br />
(Meteorological Data Producer for HVAC Analysis) (Hong and Jiang 1993), VentPlus (Module for<br />
calculation of natural ventilation), Bshadow (module for external shadowing calculation), Lighting (module<br />
for indoor lighting calculation), and CABD (Computer Aided Buil<strong>di</strong>ng Description, provides the user<br />
interface for DeST, developed based on AutoCAD). BAS (Buil<strong>di</strong>ng Analysis & Simulation) is the core<br />
module for buil<strong>di</strong>ng thermal performance calculation.<br />
1.2.15.1. Validation/Testing<br />
DeST has been tested against the IEA Annex 21 subtask C and ASHRAE 140 program contrast tests.<br />
Results are available under Testing and Validation on the DeST web site.<br />
1.2.15.2. Expertise Required<br />
Engineering background is necessary, and two days of formal training is better.<br />
1.2.15.3. Users<br />
DeST has been widely used in China, with some applications in Europe and Japan. More than 4,000<br />
users are now using DeST as a buil<strong>di</strong>ng simulation tool.<br />
1.2.15.4. Au<strong>di</strong>ence<br />
HVAC and architectural engineers, consulting firms, research universities and research laboratories.<br />
1.2.15.5. Input<br />
Weather data, buil<strong>di</strong>ng construction, buil<strong>di</strong>ng materials and envelope components, zoning and system<br />
type, operating schedules, HVAC equipment and controls, the set state of every room, buil<strong>di</strong>ng component<br />
costs. Data can be input in graphical interfaces.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.15.6. Output<br />
33<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
The sketch of the buil<strong>di</strong>ng construction and HVAC system, 29 user-selectable annual summary<br />
reports.<br />
1.2.15.7. Computer Platform<br />
IBM-PC compatible with Windows 2000/XP<br />
1.2.15.8. Programming Language<br />
C++<br />
1.2.15.9. Strengths<br />
Accurate, detailed, overall simulation capabilities through scientific calculation method, DeST is a<br />
slave of the designer, it can take the simply repeated work and complicated calculation from people, and give<br />
more space to designers for exerting their talent in every stages of the design process.<br />
1.2.15.10. Weaknesses<br />
The speed of exporting reports is a little slow.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.16. DIN V 18599<br />
Excel-based calculation tool for the German DIN V<br />
18599. DIN V 18599 is a holistic performance assessment tool<br />
for all energy types required by the EPBD (heating, ventilation,<br />
cooling, lighting, DHW). Developed for the German field test<br />
study for non-residential buil<strong>di</strong>ngs of the Federal Ministry for<br />
Buil<strong>di</strong>ngs. (German language).<br />
1.2.16.1. Validation/Testing<br />
34<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Validated since start of 2005 by a field test study and by a group of experts.<br />
1.2.16.2. Expertise Required<br />
Knowledge about DIN V 18599 (training offered at Fraunhofer IBP, see website). Insights in buil<strong>di</strong>ng,<br />
heating, DHW, cooling, lighting, ventilation technologies.<br />
1.2.16.3. Users<br />
More than 10,000 downloads from the website, mostly from Germany<br />
1.2.16.4. Au<strong>di</strong>ence<br />
Consultants, experts, students<br />
1.2.16.5. Input<br />
Buil<strong>di</strong>ng and system data based on planning information and/or buil<strong>di</strong>ng inspection.<br />
1.2.16.6. Output<br />
Net energy demand, final energy demand, primary energy demand for heating, cooling, ventilation,<br />
DHW and lighting; all relevant data for the energy performance certificate.<br />
1.2.16.7. Computer Platform<br />
Microsoft Office (Windows), requires Excel.<br />
1.2.16.8. Programming Language<br />
Visual Basic for Applications<br />
1.2.16.9. Strengths<br />
Validated tool for the DIN V 18599, first available tool, download for free, inclu<strong>di</strong>ng reference<br />
buil<strong>di</strong>ng, quick input, full documentation of calculation method (incl. equations, etc.).<br />
1.2.16.10. Weaknesses<br />
Excel interface, limitations at the HVAC model (missing for example: heat pumps), no user hotline.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.17. DOE-2<br />
35<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Hourly, whole-buil<strong>di</strong>ng energy analysis program calculating energy<br />
performance and life-cycle cost of operation. Can be used to analyze energy<br />
efficiency of given designs or efficiency of new technologies. Other uses include<br />
utility demand-side management and rebate programs, development and<br />
implementation of energy efficiency standards and compliance certification, and<br />
training new corps of energy-efficiency conscious buil<strong>di</strong>ng professionals in<br />
architecture and engineering schools.<br />
DOE-2.1E has one subprogram for translation of input (BDL Processor), and<br />
four simulation subprograms (LOADS, SYSTEMS, PLANT and ECON). LOADS,<br />
SYSTEMS and PLANT are executed in sequence, with the output of LOADS<br />
becoming the input of SYSTEMS, etc. The output then becomes the input to ECONOMICS. Each of the<br />
simulation subprograms also produces printed reports of the results of its calculations. The Buil<strong>di</strong>ng<br />
Description Language (BDL) processor reads input data and calculates response factors for the transient heat<br />
flow in walls and weighting factors for the thermal response of buil<strong>di</strong>ng spaces. The LOADS simulation<br />
subprogram calculates the sensible and latent components of the hourly heating or cooling load for each<br />
constant temperature space taking into account weather and buil<strong>di</strong>ng use patterns. The SYSTEMS<br />
subprogram handles secondary systems; PLANT handles primary systems. SYSTEMS calculates the<br />
performance of air-side equipment (fans, coils, and ducts); it corrects the constant-temperature loads<br />
calculated by the LOADS subprogram by taking into account outside air requirements, hours of equipment<br />
operation, equipment control strategies, and thermostat set points. The output of SYSTEMS is air flow and<br />
coil loads. PLANT calculates the behavior of boilers, chillers, cooling towers, storage tanks, etc., in<br />
satisfying the secondary systems heating and cooling coil loads. It takes into account the part-load<br />
characteristics of the primary equipment in order to calculate the fuel and electrical demands of the buil<strong>di</strong>ng.<br />
The ECONOMICS subprogram calculates the cost of energy. It can also be used to compare the cost-<br />
benefits of <strong>di</strong>fferent buil<strong>di</strong>ng designs or to calculate savings for retrofits to an existing buil<strong>di</strong>ng. DOE-2.1E<br />
has been used extensively for more than 25 years for both buil<strong>di</strong>ng design stu<strong>di</strong>es, analysis of retrofit<br />
opportunities, and for developing and testing buil<strong>di</strong>ng energy standards in the U.S. and around the world.<br />
DOE-2.1E has been used in the design or retrofit of thousands of well-known buil<strong>di</strong>ngs throughout the<br />
world. The private sector has adapted DOE-2.1E by creating more than 20 interfaces that make the program<br />
easier to use.<br />
1.2.17.1. Expertise Required<br />
Recommend 3 days of formal training in basic and advanced DOE-2 use.<br />
1.2.17.2. Users<br />
800 user organizations in U.S., 200 user organizations internationally; user organizations consist of 1<br />
to 20 or more in<strong>di</strong>viduals.<br />
1.2.17.3. Au<strong>di</strong>ence<br />
Architects, engineers in private A-E firms, energy consultants, buil<strong>di</strong>ng technology researchers, utility<br />
companies, state and federal agencies, university schools of architecture and engineering.<br />
1.2.17.4. Input<br />
Hourly weather file plus Buil<strong>di</strong>ng Description Language input describing geographic location and<br />
buil<strong>di</strong>ng orientation, buil<strong>di</strong>ng materials and envelope components (walls, windows, sha<strong>di</strong>ng surfaces, etc.),
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
36<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
operating schedules, HVAC equipment and controls, utility rate schedule, buil<strong>di</strong>ng component costs.<br />
Available with a range of user interfaces, from text-based to interactive/graphical windows-based<br />
environments.<br />
1.2.17.5. Output<br />
20 user-selectable input verification reports; 50 user-selectable monthly/annual summary reports; userconfigurable<br />
hourly reports of 700 <strong>di</strong>fferent buil<strong>di</strong>ng energy variables.<br />
1.2.17.6. Computer Platform<br />
PC-compatible; Sun; DEC-VAX; DECstation; IBM RS 6000; NeXT; 4 megabytes of RAM; math<br />
coprocessor; compatible with Windows, UNIX, DOS, VMS.<br />
1.2.17.7. Programming Language<br />
FORTRAN 77<br />
1.2.17.8. Strengths<br />
Detailed, hourly, whole-buil<strong>di</strong>ng energy analysis of multiple zones in buil<strong>di</strong>ngs of complex design;<br />
widely recognized as the industry standard.<br />
1.2.17.9. Weaknesses<br />
High level of user knowledge.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.18. EBS<br />
37<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Streamlines utility billing and cost allocation<br />
processes, while greatly improving the reliability and<br />
accuracy of information. EBS (eDNA Billing System) was<br />
designed to meet the complex utility accounting and<br />
reporting needs of a large organization with 100s or 1,000s of buil<strong>di</strong>ngs and accounts often spread across<br />
multiple campus locations. EBS uses a highly flexible cost allocation structure ensuring <strong>di</strong>rect access to<br />
meter, account, buil<strong>di</strong>ng, and defined group cost and consumption information.<br />
EBS can be integrated with existing business systems and automated meter rea<strong>di</strong>ng/data collection<br />
devices, or the system can be operated as a stand-alone solution. All utilities can be accounted for, inclu<strong>di</strong>ng<br />
electricity, water, metered gas, bulk gas, chilled water, fuel oil and steam. EBS also interfaces to eDNA,<br />
InStep is real-time data historian. With eDNA, EBS becomes the Energy Efficiency Management (EEM)<br />
system. eDNA collects all meter information and other pertinent energy management data through the<br />
buil<strong>di</strong>ng control systems.<br />
1.2.18.1. Validation/Testing<br />
InStep Software has a rigorous Quality Assurance program. InStep is software products are used<br />
throughout the world, inclu<strong>di</strong>ng in many Nuclear power facilities where quality assurance paramount.<br />
1.2.18.2. Expertise Required<br />
Full EBS training provided with every EBS product sold. Ad<strong>di</strong>tional training is available. Knowledge<br />
of the utility billing business process is helpful but not required.<br />
1.2.18.3. Users<br />
Thousands of users in hundreds of plants throughout the world use the eDNA data historian. Users of<br />
EBS include the University of Michigan and North Carolina State University.<br />
1.2.18.4. Au<strong>di</strong>ence<br />
Organizations with many buil<strong>di</strong>ngs or campuses such as corporations, governments, and universities.<br />
1.2.18.5. Input<br />
EBS is configured with many standard engineered unit conversion factors, users may want to add<br />
specific factors conversion factors are easily added to EBS through the user friendly interface to EBS.<br />
1.2.18.6. Output<br />
Information is presented in the preformatted output includes demand schedules, purchased utility cost<br />
and consumption by meter/buil<strong>di</strong>ng and department/fund, generated utility cost and consumption by<br />
meter/buil<strong>di</strong>ng and department/fund. EBS includes rate schedule analysis, text files for general ledger<br />
uploads, vouchers for invoice batching, and an optional interface to accounts payable. EBS also includes a<br />
query tool that allows information to be queried through the reporting engine. EBS utilizes a reporting tool<br />
and also provides a monthly data warehouse file for uploa<strong>di</strong>ng into an organizations common repository.<br />
Reports can be printed or saved as word processing, spreadsheet, database, PDF, or RTF. EBS Web provides<br />
web-based access to EBS reports, trend tools and meter level information.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.18.7. Computer Platform<br />
Windows 2000, .NET Framework, Oracle 10G or later.<br />
1.2.18.8. Programming Language<br />
C#, Oracle<br />
1.2.18.9. Strengths<br />
38<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
EBS was designed to meet the complex utility accounting needs of a large organization with 100s or<br />
1,000s of buil<strong>di</strong>ngs and accounts often spread across multiple campus locations. EBS uses a highly flexible<br />
cost allocation structure ensuring <strong>di</strong>rect access to meter, account, buil<strong>di</strong>ng, and defined group cost and<br />
consumption information.<br />
1.2.18.10. Weaknesses<br />
EBS is not a general ledger system, it is designed to be a utility sub-ledger system, not a primary<br />
general ledger system.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.19. ECOTECT<br />
39<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Complete environmental design tool which couples an<br />
intuitive 3D modelling interface with extensive solar, thermal,<br />
lighting, acoustic and cost analysis functions. ECOTECT is one of<br />
the few tools in which performance analysis is simple, accurate<br />
and most importantly, visually responsive.<br />
ECOTECT is driven by the concept that environmental<br />
design principles are most effectively addressed during the<br />
conceptual stages of design.<br />
Whilst its modelling and analysis capabilities can handle<br />
geometry of any size and complexity, its main advantage is a focus<br />
on feedback at the conceptual buil<strong>di</strong>ng design stages. The intent is to allow designers to take a holistic<br />
approach to the buil<strong>di</strong>ng design process making it easier to create a truly low energy buil<strong>di</strong>ng, rather than<br />
simply size a HVAC system to cope with a less than optimal design. ECOTECT aims to provide designers<br />
with useful performance feedback both interactively and visually. Thus, in ad<strong>di</strong>tion to standard graph and<br />
table-based reports, analysis results can be mapped over buil<strong>di</strong>ng surfaces or <strong>di</strong>splayed <strong>di</strong>rectly within the<br />
spaces that generated them, giving the designer the best chance of understan<strong>di</strong>ng exactly how their buil<strong>di</strong>ng<br />
is performing and from that basis make real design improvements. As well as the broad range of internal<br />
calculations that ECOTECT can execute, it also imports/exports to a range of more technical and focused<br />
analysis engines, such as Ra<strong>di</strong>ance, EnergyPlus, ESP-r, NIST FDS and others and for general data<br />
import/export facilities, it includes an array of formats suitable for use alongside most lea<strong>di</strong>ng CAD<br />
programs.<br />
The recent ad<strong>di</strong>tion of a comprehensive scripting engine that provides <strong>di</strong>rect access to model geometry<br />
and calculation results has made performance based generative design and optimization a very real option for<br />
the environmental engineer/designer who uses ECOTECT. Scripting allows models to be completely<br />
interactive and self-generative, automatically controlling and changing any number of parameters, materials,<br />
zone settings or even geometry during calculations or as the user specifies-and at a more day-to-day level the<br />
scripting functions are excellent for automating the more mundane tasks involved in calculation runs, results<br />
comparison and report creation.<br />
ECOTECT is unique within the field of buil<strong>di</strong>ng analysis in that it is entirely designed and written by<br />
architects and intended mainly for use by architects-although the software is quickly gaining popularity<br />
through the wider environmental buil<strong>di</strong>ng design community.<br />
1.2.19.1. Expertise Required<br />
CAD and environmental design experience useful but not essential. ECOTECT is good at teaching the<br />
novice environmental designer many of the important concepts necessary for efficient buil<strong>di</strong>ng design.<br />
Extensive help file and tutorials provided.<br />
1.2.19.2. Users<br />
Over 2000 in<strong>di</strong>vidual licenses world wide, taught at approximately 60 universities mainly in Australia,<br />
UK and USA.<br />
1.2.19.3. Au<strong>di</strong>ence<br />
Architects, engineers, environmental consultants, buil<strong>di</strong>ng designers, and some owner builders and<br />
enthusiasts.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.19.4. Input<br />
40<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Intuitive 3D CAD interface allows validation of the simplest sketch design to highly complex 3D<br />
models. Can also import 3DS and DXF files.<br />
1.2.19.5. Output<br />
ECOTECT's own analysis functions use a wide range of informative graphing methods which can be<br />
saved as Metafiles, Bitmaps or animations. Tables of data can also be easily output. For more specific<br />
analysis or validation you can export to; RADIANCE, POV Ray, VRML, AutoCAD DXF, EnergyPlus,<br />
AIOLOS, HTB2, CheNATH, ESP-r, ASCII Mod files, and XML.<br />
1.2.19.6. Computer Platform<br />
Windows 95, 98, NT, 2000 & XP (Can also run on Mac OS under Virtual PC)<br />
1.2.19.7. Programming Language<br />
C++<br />
1.2.19.8. Strengths<br />
Allows the user to "play" with design ideas at the conceptual stages, provi<strong>di</strong>ng essential analysis<br />
feedback from even the simplest sketch model. ECOTECT progressively guides the user as more detailed<br />
design information becomes available.<br />
1.2.19.9. Weaknesses<br />
As the program can perform many <strong>di</strong>fferent types of analysis, the user needs to be aware of the<br />
<strong>di</strong>fferent modelling and data requirements before <strong>di</strong>ving in and modelling/importing geometry. For example;<br />
for thermal analysis, weather data and modelling geometry in an appropriate manner is important; and<br />
appropriate/comprehensive material data is required for almost all other types of analysis. The ECOTECT<br />
Help File attempts to guide/educate users about this and when/how it is important. Like any analysis program<br />
it's a matter of, "garbage in, garbage out...".
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.20. EE4 CBIP<br />
41<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Designed to demonstrate a buil<strong>di</strong>ng's compliance to the requirements of the<br />
Commercial Buil<strong>di</strong>ng Incentive Program (CBIP) performance path approach. EE4<br />
CBIP is offered by Natural Resources Canada's Office of Energy Efficiency to<br />
buil<strong>di</strong>ng owners and developers for the design and construction of new<br />
commercial and institutional buil<strong>di</strong>ngs that use 25% less energy than similar<br />
buil<strong>di</strong>ngs built to the requirements of the Model National Energy Code for<br />
Buil<strong>di</strong>ngs (MNECB). EE4 CBIP may also be used to perform non-compliance<br />
energy analyses and thus to pre<strong>di</strong>ct a buil<strong>di</strong>ng's annual energy consumption, and<br />
to assess the impact of design changes to the buil<strong>di</strong>ng.<br />
1.2.20.1. Expertise Required<br />
Basic understan<strong>di</strong>ng of Windows. Knowledge of buil<strong>di</strong>ng modelling. Engineering background helpful<br />
but not required.<br />
1.2.20.2. Users<br />
1000<br />
1.2.20.3. Au<strong>di</strong>ence<br />
Mechanical, buil<strong>di</strong>ng, energy engineers and architects working for consulting firms, buil<strong>di</strong>ng owners<br />
and/or designers; buil<strong>di</strong>ng and energy-code verifiers; CBIP application reviewers.<br />
1.2.20.4. Input<br />
Basic information, envelope components areas and characteristics, characteristics of the buil<strong>di</strong>ng's<br />
HVAC, lighting and service water heating systems.<br />
1.2.20.5. Output<br />
Energy consumption and energy cost of proposed design and CBIP reference buil<strong>di</strong>ng. Summary and<br />
detailed compliance reports.<br />
1.2.20.6. Computer Platform<br />
PC-compatible, Windows NT or Windows 95/98/2000 operating system, IBM 486 or Pentium 75 with<br />
at least 16 MB RAM, 40 MB free <strong>di</strong>sk space, SVGA monitor with minimum 800 x 600 resolution.<br />
1.2.20.7. Programming Language<br />
Borland C++<br />
1.2.20.8. Strengths<br />
EE4 CBIP automatically generates a reference buil<strong>di</strong>ng to verify compliance to CBIP requirements<br />
using the performance path approach. EE4 CBIP can also be used in non-compliance mode to pre<strong>di</strong>ct a<br />
buil<strong>di</strong>ng's annual energy consumption and energy cost. Includes default libraries of common buil<strong>di</strong>ng plants,<br />
systems, construction assemblies and materials, lighting elements, fenestration and operating schedules.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.20.9. Weaknesses<br />
42<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Not all HVAC systems and plant configurations can be modelled <strong>di</strong>rectly with EE4 CBIP and a<br />
detailed DOE-2 simulation is required.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.21. Energy Express<br />
43<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Energy Express is a design tool, created by CSIRO in Australia,<br />
for evaluating energy efficiency of commercial buil<strong>di</strong>ngs by estimating<br />
energy consumption and cost at the design stage. The user interface<br />
allows fast and accurate model creation and manipulation. Energy<br />
Express can be used for the analysis of alternative designs of new<br />
buil<strong>di</strong>ngs and their mechanical and electrical systems, or in the assessment of retrofit options being<br />
considered for existing buil<strong>di</strong>ngs. The energy cost savings of <strong>di</strong>fferent design and operation options can then<br />
be evaluated and compared to produce the most effective combination, before construction. Energy Express<br />
includes a dynamic multi-zone heat transfer model coupled to an integrated HVAC model so that zone<br />
temperatures are imme<strong>di</strong>ately impacted by any HVAC shortcomings.<br />
V1.00 includes data libraries covering Australia, New Zealand and S.E.Asia. EE is designed for the<br />
PC platform, English language and SI units. There are two versions of Energy Express: Energy Express for<br />
Architects Energy Express for Engineers (in development) Both versions of Energy Express offer Built-in<br />
2D CAD facility- for fast geometric data input and e<strong>di</strong>ting. View up to ten output reports covering<br />
performance and <strong>di</strong>agnostics Ability to compare a range of alternative designs and calculate savings.<br />
Uses a reduced weather data set, derived from several years of actual weather data, to reduce run time<br />
A simple a/c model to enable architects to evaluate buil<strong>di</strong>ng facade options without having to specify details<br />
about the air- con<strong>di</strong>tioning.<br />
Status bar hints on every input field. Detailed On-line help. Energy Express for Engineers will offer:<br />
Peak load estimate - for equipment sizing.<br />
A customizable detailed HVAC model more suited to design engineers. Graphic e<strong>di</strong>ting of air<br />
handling system and thermal plant layouts. Read 8760 hour weather files. Read data files from Energy<br />
Express for Architects.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.22. ENER-WIN<br />
44<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Ener-Win, originally developed at Texas A&M University,<br />
is an hourly energy simulation model for assessing annual energy<br />
consumption in buil<strong>di</strong>ngs. The software produces annual and<br />
monthly energy consumption, peak demand charges, peak heating<br />
and cooling loads, solar heating fraction through glazing,<br />
daylighting contribution, and a life-cycle cost analysis. Design<br />
data, tabulated by zones, also show duct sizes and electric power<br />
requirements.<br />
The Ener-Win software is composed of several modules - an<br />
interface module, a weather data retrieval module, a sketching<br />
module, and an energy simulation module.<br />
Ener-Win requires only three basic inputs:<br />
• the buil<strong>di</strong>ng type,<br />
• the buil<strong>di</strong>ng's location,<br />
• the buil<strong>di</strong>ng's geometrical data.<br />
Default data derived from the initial inputs include economics parameters, number of occupied days<br />
and holidays, occupancy, hot water usage, lighting power densities, HVAC system types and schedules for<br />
hourly temperature settings, lighting use, ventilation and occupancy.<br />
Weather data generation is done hour-by-hour (Degelman 1990) based on statistical monthly means<br />
and standard deviations derived from the World Meteorological Organization and the National Solar<br />
Ra<strong>di</strong>ation Data Base from a 30-year period of record. The database currently contains 1280 cities. As an<br />
alternative, the user may elect to enter typical weather data from files such as TMY2 or WYEC2.<br />
The sketching interface allows the user to sketch the buil<strong>di</strong>ng's geometry and HVAC zones, floor- byfloor,<br />
and specify parameters such as number of repetitive floors, floor-to-floor heights, and buil<strong>di</strong>ng<br />
orientation.<br />
The user can specify up to 25 zones on each floor or a buil<strong>di</strong>ng total of 98 zones. Zones are simply<br />
represented in plan by <strong>di</strong>fferent colours. After the sketching process is complete, a drawing processor will<br />
analyze the geometrical con<strong>di</strong>tions, inclu<strong>di</strong>ng zone floor, roof and wall areas and how the walls are shaded<br />
by adjoining and outside structures. Peak values for occupancy, hot water use, ventilation, lighting, and<br />
equipment are also specified and linked to their respective schedule numbers. Adjustments of any of the zone<br />
properties can be done by e<strong>di</strong>ting the zone description forms.<br />
Usually, some adjustments are desirable for occupancy numbers, lighting levels, whether daylighting<br />
is to be used and whether natural ventilation is to be specified. The default HVAC efficiencies may also be<br />
e<strong>di</strong>ted. Load calculations, system simulations, and energy summations are performed each hour of the year<br />
(Degelman 1990). The resulting zone air con<strong>di</strong>tioning loads are based on a thermal balance model.<br />
Convective gains are translated into loads imme<strong>di</strong>ately, while the ra<strong>di</strong>ative gains are delayed by weighting<br />
factors for each source of heat. Daylighting algorithms are based on a mo<strong>di</strong>fied Daylight Factor method and<br />
support <strong>di</strong>mmer controls.<br />
The program also has the capability of simulating the floating space temperature (passive designs) for<br />
comfort analyses in unheated or uncooled spaces. Output from Ener-Win is produced in both tabular and<br />
graphic forms. The tabular results include: breakdown of monthly energy loads and utility bills, energy<br />
savings from utilizing daylight, peak loads, electric demand charges, 24-hour energy use, temperature,<br />
energy and comfort profiles. The Life-Cycle Cost pre<strong>di</strong>ction is the final step in the program procedures. First<br />
costs for the buil<strong>di</strong>ng are based on the unit costs of walls, windows, and roofs from the assemblies catalogue.<br />
Ad<strong>di</strong>tional first costs include the lighting system and the mechanical system. A "Present Worth" analysis is
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
45<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
then performed on the future recurring costs of fuel, electric, and maintenance. These calculations are based<br />
on fuel price escalation rates and opportunity interest rates.<br />
1.2.22.1. Validation/Testing<br />
Soebarto, Veronica I. 1997, Calibration of hourly energy simulations using hourly monitored data and<br />
monthly utility records for two case study buil<strong>di</strong>ngs, Proc. Buil<strong>di</strong>ng Simulation 97, Vol. II, Intil. Bldg. Perf.<br />
Simulation Assin (IBPSA) Conf. held in Prague, the Czech Republic, pp 411-419, 8-10 Sept 1997<br />
1.2.22.2. Expertise Required<br />
Experience with Windows applications. Knowledge of buil<strong>di</strong>ng thermal properties and energy<br />
concepts.<br />
1.2.22.3. Users<br />
Estimated to be in the low hundreds at schools of architecture in Greece, Mexico, Thailand, and the<br />
U.S., as well as several dozen practitioners in the U.S., Canada, Kuwait, Mexico and Europe.<br />
1.2.22.4. Au<strong>di</strong>ence<br />
Architects, engineers, energy analysts, buil<strong>di</strong>ng inspectors, and students of architecture and<br />
engineering.<br />
1.2.22.5. Input<br />
Graphic entry of buil<strong>di</strong>ng plans through a sketch interface, buil<strong>di</strong>ng envelope thermal properties,<br />
hourly use profiles, hourly indoor temperature settings.<br />
1.2.22.6. Output<br />
Tabular reports and graphs available for monthly loads, annual loads and energy, peak loads, electric<br />
<strong>di</strong>splacement by daylighting, life-cycle costs, and weather summaries.<br />
1.2.22.7. Computer Platform<br />
PC-compatible, MS Windows (All versions), 64 Mbytes RAM, 30 Mbytes of available hard drive.<br />
Screen resolution 1024x768 minimum.<br />
1.2.22.8. Programming Language<br />
Visual Basic and FORTRAN.<br />
1.2.22.9. Strengths<br />
Graphic sketch input interface, hourly weather data generator with 1500-city worldwide database. Can<br />
run in compacted weather data mode for quick testing of alternative design strategies. Generous use of<br />
defaults for materials, windows, profiles, costs, lights, etc.<br />
1.2.22.10. Weaknesses<br />
Uses simplified system simulation algorithms. Nine HVAC systems available. Not recommended for<br />
testing <strong>di</strong>fferences in HVAC systems.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.23. Energy-10<br />
46<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Energy-10 is a user-friendly early design stage buil<strong>di</strong>ng energy<br />
simulation program that integrates daylighting, passive solar heating, and<br />
low-energy cooling strategies with energy-efficient shell design and<br />
mechanical equipment. The program is geared toward small commercial and<br />
residential buil<strong>di</strong>ngs of 10,000 ft 2 or less-that's where the "10" in Energy-10<br />
comes from. Developed by the U.S. Department of Energy since 1992,<br />
Energy-10 runs an hourly thermal network simulation while allowing users to<br />
rapidly explore a wide range of energy efficiency strategies and plot the results in a number of ways.<br />
Energy-10 takes a baseline simulation and automatically applies a number of predefined strategies<br />
ranging from buil<strong>di</strong>ng envelope (insulation, glazing, sha<strong>di</strong>ng, thermal mass, etc.) and system efficiency<br />
options (HVAC, lighting, daylighting, solar service hot water and integrated photovoltaic electricity<br />
generation). Full life-cycle costing is an integral part of the software. Starting from buil<strong>di</strong>ng location,<br />
footprint, usage type and HVAC type Energy-10 can generate reference and low-energy target cases in<br />
seconds based on full annual hourly simulation. Ranking graphs for in<strong>di</strong>vidual strategies can guide early<br />
design analysis. Built-in graphs inclu<strong>di</strong>ng an embedded version of "DVIEW" allow flexible review of<br />
summary and hourly results. Energy-10 can be used to evaluate and select strategies for much larger<br />
buil<strong>di</strong>ngs. Insulation levels, daylighting, glazing, sha<strong>di</strong>ng, and passive solar strategies can be calculated<br />
under the assumption that a large buil<strong>di</strong>ng is kept at a reasonably uniform temperature. However, overall<br />
energy use may be underestimated because HVAC interactions between multiple zones may not be<br />
accurately represented. Energy-10 allows rapid exploration of broad design issues effecting energy<br />
performance early in design based on a BESTEST (ASHRAE Standard 140- 2001) validated thermal<br />
simulation engine.<br />
1.2.23.1. Expertise Required<br />
Moderate level of computer literacy required; two days of training advised.<br />
1.2.23.2. Users<br />
More than 3,200 users worldwide.<br />
1.2.23.3. Au<strong>di</strong>ence<br />
Buil<strong>di</strong>ng designers, especially architects; also HVAC engineers, utility companies, university schools<br />
of architecture and architectural engineering.<br />
1.2.23.4. Input<br />
Only 4 inputs required to generate two initial generic buil<strong>di</strong>ng descriptions. Virtually everything is<br />
defaulted but mo<strong>di</strong>fiable. User adjusts descriptions as the design evolves, using fill-in menus, inclu<strong>di</strong>ng<br />
utility-rate schedules, construction details, materials.<br />
1.2.23.5. Output<br />
Summary table and 20 graphical outputs available, generally comparing current design with base case.<br />
Detailed tabular results also available.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.23.6. Computer Platform<br />
47<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
PC-compatible, Windows 3.1/95/98/2000, Pentium processor with 32 megabytes of RAM is<br />
recommended.<br />
1.2.23.7. Programming Language<br />
Visual C++<br />
1.2.23.8. Strengths<br />
Fast, easy-to-use, accurate. Automatic generation of base cases and energy-efficient alternate buil<strong>di</strong>ng<br />
descriptions; automatic application of energy-efficient features and rank-ordering of results; integration of<br />
daylighting thermal effects with thermal simulation; menu <strong>di</strong>splay and mo<strong>di</strong>fication of all buil<strong>di</strong>ngdescription<br />
and other data.<br />
1.2.23.9. Weaknesses<br />
Limited to smaller buil<strong>di</strong>ngs and HVAC systems that are most often used in smaller buil<strong>di</strong>ngs.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.24. EnergyGauge Summit Premier<br />
48<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
EnergyGauge Summit Premier offers automatic reference buil<strong>di</strong>ng<br />
generation allowing considerable time savings for analyzing buil<strong>di</strong>ngs for<br />
code compliance and green buil<strong>di</strong>ng certification. After entering a<br />
buil<strong>di</strong>ng, the software can automatically compare the buil<strong>di</strong>ng to<br />
ASHRAE Standard 90.1 2001, 2004 or 2007 reference buil<strong>di</strong>ng models,<br />
and for the appropriate buil<strong>di</strong>ng types, the ASHRAE Advanced design<br />
guidelines. Ad<strong>di</strong>tional capabilities include the ability to run a whole<br />
buil<strong>di</strong>ng simulation as per ASHRAE Standard 90.1 Appen<strong>di</strong>x G<br />
guidelines for LEED New Construction 2.2, and for computing Federal<br />
Tax Deductions as per EPACT 2005 guidelines from the Internal<br />
Revenue Service (IRS) and DOE. The software also offers the capability<br />
of submitting the LEED 2.2 PDF file for energy optimization points <strong>di</strong>rectly to the USGBC.<br />
EnergyGauge software features easy to use, intuitive, structured inputs for buil<strong>di</strong>ng and HVAC system<br />
components and parameters. DOE 2.1E (v120) is used as the simulation engine and the software will provide<br />
detailed reports for buil<strong>di</strong>ng performance and benchmarks based on the method of simulation.<br />
EnergyGauge Summit FlaCom is a limited version of EnergyGauge Summit that is used for Florida<br />
commercial buil<strong>di</strong>ng code compliance.<br />
1.2.24.1. Validation/Testing<br />
Software has been validated using the ‘ASHRAE Standard 140 – Standard Method of test for Buil<strong>di</strong>ng<br />
Simulation Software’. It is listed on the DOE Web site as qualified software for computing Federal Tax<br />
Deductions as per EPACT 2005 (see link above).<br />
1.2.24.2. Expertise Required<br />
Minimal computer literacy and basic understan<strong>di</strong>ng of buil<strong>di</strong>ng construction and design.<br />
1.2.24.3. Users<br />
Over 3,500 users in Florida and nationally (U.S.).<br />
1.2.24.4. Au<strong>di</strong>ence<br />
Energy modellers, green buil<strong>di</strong>ng engineers, commercial buil<strong>di</strong>ng designers, energy raters, mechanical<br />
engineers, HVAC designers, architects, consulting engineers, research agencies, code compliance specialists,<br />
and code officials.<br />
1.2.24.5. Input<br />
Via user-friendly forms with graphical tools to specify buil<strong>di</strong>ng orientation, calendar information, etc.<br />
Data for buil<strong>di</strong>ng location, HVAC zones and spaces within zones, envelope elements (like walls, roofs,<br />
floors, and fenestration), lighting, HVAC systems, hot water inputs, plant information and piping<br />
specifications are required as user input. Master libraries for constructs and materials, fenestration data, etc.<br />
make user input easy and flexible. Components are easily managed through a tree hierarchy visible on the<br />
left part of the screen.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.24.6. Output<br />
49<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Detailed reports provide compliance status, calculated performance against various benchmarks,<br />
points earned (for LEED calculations) and buil<strong>di</strong>ng energy use by component.<br />
1.2.24.7. Computer Platform<br />
Windows XP or Vista<br />
1.2.24.8. Programming Language<br />
Visual Basic<br />
1.2.24.9. Strengths<br />
Easy, intuitive user interface; Versatile tool ranging from code compliance for Florida energy code<br />
and ASHRAE Standard 90.1 to whole buil<strong>di</strong>ng simulation for various performance benchmarks like LEED<br />
and ASHRAE Standard 90.1 Appen<strong>di</strong>x G; Automatic generation of ASHRAE reference buil<strong>di</strong>ng from<br />
proposed buil<strong>di</strong>ng input; Automatic rotation of reference buil<strong>di</strong>ng in all 4 orientations when running LEED<br />
or ASHRAE Standard 90.1 Appen<strong>di</strong>x G; Automatic generation and submission of PDF report to the USGBC<br />
Web site that is required to claim Energy & Atmosphere (EA) Cre<strong>di</strong>t 1 points for LEED certification;<br />
Detailed, uncluttered reporting format for simulation results; Comprehensive Web site and phone availability<br />
for technical support; User forums and knowledge base for FAQ’s also available.<br />
1.2.24.10. Weaknesses<br />
No graphical or interoperability available for import of DWG or other formats; Should not be used for<br />
HVAC sizing; Requires detailed understan<strong>di</strong>ng of buil<strong>di</strong>ng simulation concepts for debugging technical<br />
issues involving DOE2.1E simulation engine results.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.25. EnergyPlus<br />
50<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Next generation buil<strong>di</strong>ng energy simulation program that builds<br />
on the most popular features and capabilities of BLAST and DOE-2.<br />
EnergyPlus includes innovative simulation capabilities inclu<strong>di</strong>ng time<br />
steps of less than an hour, modular systems simulation modules that are<br />
integrated with a heat balance-based zone simulation, and input and<br />
output data structures tailored to facilitate third party interface<br />
development. Recent ad<strong>di</strong>tions include multizone airflow, electric<br />
power simulation inclu<strong>di</strong>ng fuel cells and other <strong>di</strong>stributed energy<br />
systems, and water manager that controls and report water use throughout the buil<strong>di</strong>ng systems, rainfall,<br />
groundwater, and zone water use.<br />
EnergyPlus has two basic components, a heat and mass balance simulation module and a buil<strong>di</strong>ng<br />
systems simulation module. The buil<strong>di</strong>ng systems simulation manager handles communication between the<br />
heat balance engine and various HVAC modules and loops, such as coils, boilers, chillers, pumps, fans, and<br />
other equipment/components.<br />
User-configurable heating and cooling equipment components give users flexibility in matching their<br />
simulation to actual system configuration. HVAC air and water loops are the core of the buil<strong>di</strong>ng systems<br />
simulation manager-mimicking the network of pipes and ducts found in real buil<strong>di</strong>ngs. The air loop<br />
simulates air transport, con<strong>di</strong>tioning and mixing, and includes supply and return fans, central heating and<br />
cooling coils, heat recovery, and controls for supply air temperature and outside air economizer.<br />
The air loop connects to the zone through the zone equipment. Users can specify more than one<br />
equipment type for a zone.<br />
The heat and mass balance calculations are based on IBLAST-a research version of BLAST with<br />
integrated HVAC systems and buil<strong>di</strong>ng loads simulation. The heat balance module manages the surface and<br />
air heat balance modules and acts as an interface between the heat balance and the buil<strong>di</strong>ng systems<br />
simulation manager. The surface heat balance module simulates inside and outside surface heat balances;<br />
interconnections between heat balances and boundary con<strong>di</strong>tions; and conduction, convection, ra<strong>di</strong>ation, and<br />
mass transfer (water vapor) effects. The air mass balance module deals with various mass streams-<br />
ventilation and exhaust air, and infiltration- accounting for zone air thermal mass and <strong>di</strong>rect convective heat<br />
gains.<br />
EnergyPlus inherits three popular windows and daylighting models from DOE-2.1E-fenestration<br />
performance based on WINDOW 5 calculations, daylighting using the split-flux interreflection model, and<br />
anisotropic sky models.<br />
EnergyPlus detailed daylighting module calculates interior daylight illuminance, glare from windows,<br />
glare control, and electric lighting controls (on/off, stepped, continuous <strong>di</strong>mming), and calculates electric<br />
lighting reduction for the heat balance module.<br />
In ad<strong>di</strong>tion, a new daylighting analysis module named DElight has been integrated with EnergyPlus.<br />
This module uses a ra<strong>di</strong>osity interreflection method, and includes newly developed methods for analyzing<br />
complex fenestration systems characterized by bi-<strong>di</strong>rectional transmittance data.<br />
1.2.25.1. Validation/Testing<br />
EnergyPlus has been tested against the IEA BESTest buil<strong>di</strong>ng load and HVAC tests. Results are<br />
available under Testing and Validation on the EnergyPlus web site.<br />
1.2.25.2. Expertise Required<br />
High level of computer literacy not required; engineering background helpful for analysis portions.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.25.3. Users<br />
51<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Over 85,000 copies of EnergyPlus downloaded since it was first released in April 2001.<br />
1.2.25.4. Au<strong>di</strong>ence<br />
Mechanical, energy, and architectural engineers working for architect/engineer firms, consulting firms,<br />
utilities, federal agencies, research universities, and research laboratories.<br />
1.2.25.5. Input<br />
EnergyPlus uses a simple ASCII input file. Private interface developers are already developing more<br />
targeted / domain specific user-friendly interfaces. See the EnergyPlus web site for up-to-date information on<br />
interfaces and other tools for EnergyPlus.<br />
1.2.25.6. Output<br />
EnergyPlus has a number of ASCII output files - rea<strong>di</strong>ly adapted into spreadsheet form for further<br />
analysis.<br />
1.2.25.7. Computer Platform<br />
Available for Windows XP/Vista, Mac OS, and Linux.<br />
1.2.25.8. Programming Language<br />
Fortran 2003<br />
1.2.25.9. Strengths<br />
Accurate, detailed simulation capabilities through complex modelling capabilities. Input is geared to<br />
the 'object' model way of thinking. Successful interfacing using IFC standard architectural model available<br />
for obtaining geometry from CAD programs. Extensive testing (comparing to available test suites) is<br />
completed for each version and results are available on the web site. Weather data for more than 1250<br />
locations worldwide available on the web site.<br />
1.2.25.10. Weaknesses<br />
Text input may make it more <strong>di</strong>fficult to use than graphical interfaces.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.26. ENERPASS<br />
52<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Detailed buil<strong>di</strong>ng energy simulation program for<br />
residential and smaller commercial buil<strong>di</strong>ngs. ENERPASS<br />
calculates the annual energy use for space heating, cooling,<br />
lighting, water heating and fan energy. The calculations are<br />
performed on an hourly basis using hourly measured weather data. ENERPASS can model up to seven<br />
buil<strong>di</strong>ng zones and provides hourly temperature and humi<strong>di</strong>ty pre<strong>di</strong>ctions for each zone.<br />
A wide range of HVAC systems can be modelled inclu<strong>di</strong>ng make-up air units, heat recovery<br />
ventilators, rooftop units, VAV, four-pipe fan coil, and dual duct. The program uses full screen data entry in<br />
an easy-to-use format. A typical buil<strong>di</strong>ng model can be generated in one to two hours. In IEA validation<br />
stu<strong>di</strong>es ENERPASS results compare favourably with other hourly based computer programs.<br />
1.2.26.1. Expertise Required<br />
A general understan<strong>di</strong>ng of buil<strong>di</strong>ng construction is required.<br />
1.2.26.2. Users<br />
Hundreds of builders, architects and researchers primarily in North America.<br />
1.2.26.3. Au<strong>di</strong>ence<br />
Buil<strong>di</strong>ng designers and specifiers can use ENERPASS to design more energy efficient buil<strong>di</strong>ngs.<br />
1.2.26.4. Input<br />
Users must enter areas and R-values of walls, windows, etc and the characteristics of the HVAC and<br />
lighting systems. The program includes libraries of standard construction assemblies and equipment.<br />
1.2.26.5. Output<br />
Annual energy use and cost; includes histograms of temperature, humi<strong>di</strong>ty and light levels. Hourly<br />
results can also be <strong>di</strong>splayed.<br />
1.2.26.6. Computer Platform<br />
PC-compatible 386 or higher, DOS, Windows 3.1 or 95.<br />
1.2.26.7. Programming Language<br />
C and FORTRAN<br />
1.2.26.8. Strengths<br />
Easy and quick data entry. Hourly calculation of results.<br />
1.2.26.9. Weaknesses<br />
The program is limited to seven zones and cannot handle large complex buil<strong>di</strong>ngs such as hospitals.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.27. eQUEST<br />
53<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
eQUEST is an easy to use buil<strong>di</strong>ng energy use analysis tool which provides<br />
professional-level results with an affordable level of effort. This is accomplished by<br />
combining a buil<strong>di</strong>ng creation wizard, an energy efficiency measure (EEM) wizard<br />
and a graphical results <strong>di</strong>splay module with an enhanced DOE-2.2-derived buil<strong>di</strong>ng<br />
energy use simulation program.<br />
eQUEST features a buil<strong>di</strong>ng creation wizard that walks you through the process<br />
of creating an effective buil<strong>di</strong>ng energy model. This involves following a series of<br />
steps that help you describe the features of your design that would impact energy use,<br />
such as architectural design, HVAC equipment, buil<strong>di</strong>ng type and size, floor plan layout, construction<br />
materials, area usage and occupancy, and lighting system.<br />
After compiling a buil<strong>di</strong>ng description, eQUEST produces a detailed simulation of your buil<strong>di</strong>ng, as<br />
well as an estimate of how much energy it would use. Although these results are generated quickly, this<br />
software utilizes the full capabilities of DOE- 2.2.<br />
Within eQUEST, DOE-2.2 performs an hourly simulation of your buil<strong>di</strong>ng design for a one-year<br />
period. It calculates heating or cooling loads for each hour of the year, based on the factors such as: walls,<br />
windows, glass, people, plug loads, and ventilation. DOE-2.2 also simulates the performance of fans, pumps,<br />
chillers, boilers, and other energy-consuming devices.<br />
During the simulation, DOE-2.2 also tabulates your buil<strong>di</strong>ng's projected energy use for various end<br />
uses. eQUEST offers several graphical formats for viewing simulation results. For instance, graphing the<br />
simulated overall buil<strong>di</strong>ng energy on an annual or monthly basis or comparing the performance of alternative<br />
buil<strong>di</strong>ng designs. In ad<strong>di</strong>tion, eQUEST allows you to perform multiple simulations and view the alternative<br />
results in side-by-side graphics. It offers energy cost estimating, daylighting and lighting system control, and<br />
automatic implementation of common energy efficiency measures (by selecting preferred measures from a<br />
list). In the latest versions, a three-<strong>di</strong>mensional view of the buil<strong>di</strong>ng geometry is available as well as HVAC<br />
system <strong>di</strong>agrams.<br />
1.2.27.1. Validation/Testing<br />
eQUEST has been tested accor<strong>di</strong>ng to ASHRAE Standard 140.<br />
1.2.27.2. Expertise Required<br />
For wizard-based use, virtually no experience with energy analysis is necessary. To use eQUEST's<br />
Detailed Interface, however, knowledge of buil<strong>di</strong>ng technology is required. Experience with other energy<br />
analysis simulation tools, especially DOE-2 based tools, is helpful.<br />
1.2.27.3. Users<br />
eQUEST is one of the most widely used buil<strong>di</strong>ng energy simulation programs in the United States.<br />
The number of full program downloads averages approximately 10,000 annually.<br />
1.2.27.4. Au<strong>di</strong>ence<br />
The primary au<strong>di</strong>ence consists of buil<strong>di</strong>ng designers, operators, owners, and energy/LEED<br />
consultants. eQUEST is also widely used by regulatory professionals, universities, and researchers.<br />
1.2.27.5. Input<br />
Inputs can be provided at three levels: schematic design wizard, design development wizard, and<br />
detailed (DOE-2) interface. In the wizards, ALL inputs have defaults.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.27.6. Output<br />
54<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Graphical summary reports provide a single-run results summary, a comparative results summary<br />
(compares results from multiple separate buil<strong>di</strong>ng simulation runs), and parametric tabular reports (compare<br />
annual results by endues, incremental or cumulative results).<br />
Ad<strong>di</strong>tional output includes input/output summary reports (rule-of-thumb and other in<strong>di</strong>ces), nonhourly<br />
simulation results (tabular/text DOE-2 SIM file reports), hourly simulation results (text and commaseparated<br />
variable hourly listings for thousands of simulation variables), and California Title 24 compliance<br />
analysis reports.<br />
1.2.27.7. Computer Platform<br />
Microsoft Windows 98/NT/2000/XP/Vista<br />
1.2.27.8. Programming Language<br />
Interface: C++, DOE-2.2 engine: FORTRAN<br />
1.2.27.9. Strengths<br />
The unique strength of eQUEST is that it is an energy performance design tool that evaluates wholebuil<strong>di</strong>ng<br />
performance throughout the entire design process.<br />
Its wizards (schematic, design development, and energy efficiency measure) make it possible for any<br />
member of the design team to explore the energy performance of design concepts from the earliest design<br />
phase. Its detailed interface (a full-featured Windows front-end for DOE-2.2) supports detailed analysis<br />
throughout the construction documents, commissioning, and post occupancy phases.<br />
Its execution speed makes it feasible to perform many evaluations of large models, capturing critical<br />
interactions between buil<strong>di</strong>ng systems at the whole-buil<strong>di</strong>ng level.<br />
Its rule-based processor provides intelligent dynamic defaults in the interface and enables automated<br />
quality control checks of simulation inputs and results and automated Title 24 compliance (certified by the<br />
California Energy Commission for use with the 2001 and 2005 Title 24 compliance analysis).<br />
1.2.27.10. Weaknesses<br />
Defaults and automated compliance analysis has not yet been extended from California Title 24 to<br />
ASHRAE 90.1. It does not yet support SI units (I-P units only). Ground-coupling and infiltration/natural<br />
ventilation models are simplified and limited. Daylighting can be applied only to convex spaces (all room<br />
surfaces have an unrestricted view of each surface) and cannot be transmitted (borrowed) through interior<br />
glazed surfaces. Custom functions in DOE-2.1E (allows users limited customization of source code without<br />
having to recompile the code) have not yet been made available in DOE-2.2 or eQUEST.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.28. ESP-r<br />
55<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
General purpose simulation environment which supports an indepth<br />
appraisal of the factors which influence the energy and<br />
environmental performance of buil<strong>di</strong>ngs. The ESP-r system has been<br />
the subject of sustained developments since 1974 and in 2002<br />
converted to the GNU Public License.<br />
ESP-r has the objective of simulating buil<strong>di</strong>ng performance in a<br />
manner that: a) is realistic and adheres closely to actual physical<br />
systems, b) supports early-through-detailed design stage appraisals,<br />
and c) enables integrated performance assessments in which no single<br />
issue is unduly prominent.<br />
ESP-r attempts to simulate the real world as rigorously as<br />
possible and to a level which is consistent with current best practice in<br />
the international simulation community.<br />
By addressing all aspects simultaneously, ESP-r allows the designer to explore the complex<br />
relationships between a buil<strong>di</strong>ng's form, fabric, air flow, plant and control. ESP-r is based on a finite volume,<br />
conservation approach in which a problem (specified in terms of geometry, construction, operation, leakage<br />
<strong>di</strong>stribution, etc.) is transformed into a set of conservation equations (for energy, mass, momentum, etc.)<br />
which are then integrated at successive time-steps in response to climate, occupant and control system<br />
influences. ESP-r comprises a central Project Manager around which are arranged support databases, a<br />
simulator, various performance assessment tools and a variety of third party applications for CAD,<br />
visualization and report generation.<br />
In keeping with the philosophy of linking ESP-r to other modelling systems, users can now export to<br />
EnergyPlus an ESP-r model with materials, constructions, surfaces (all three and four sided surfaces as well<br />
as those inclu<strong>di</strong>ng one window or one door - more complex surfaces are omitted). Boundary con<strong>di</strong>tion<br />
attributes are translated and the parent/child relationship between opaque and transparent surfaces<br />
established. The exported models usually pass the EnergyPlus parser with no errors or with minor warnings.<br />
Currently, approximate optical properties are established and schedules are not yet included.<br />
1.2.28.1. Validation/Testing<br />
ESP-r has been extensively validated. See Strachan P A. 2000. 'ESP-r: Summary of Validation<br />
<strong>Stu<strong>di</strong></strong>es', ESRU Technical Report, University of Strathclyde, Glasgow. for more information.<br />
1.2.28.2. Expertise Required<br />
Understan<strong>di</strong>ng of thermo-physical processes in buil<strong>di</strong>ngs, environmental systems and controls.<br />
1.2.28.3. Users<br />
Hundreds of users, primarily in Europe and Asia.<br />
1.2.28.4. Au<strong>di</strong>ence<br />
Engineers, researchers, architects, energy consultants.<br />
1.2.28.5. Input<br />
Buil<strong>di</strong>ng geometry can be defined either using CAD tools or in-built facilities. ESP-r is compatible<br />
with the AutoCAD and ECOTECT which can be used to create a buil<strong>di</strong>ng representation of arbitrary<br />
complexity. Models can be exported to other assessments tools such as TSBI3 and Ra<strong>di</strong>ance. Constructional
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
56<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
and operational attribution is achieved by selecting products and entities from the support databases and<br />
associating these with the surfaces and spaces comprising the problem. Models can be further attributed to<br />
account for temporal sha<strong>di</strong>ng and insulation patterns, explicit ra<strong>di</strong>ation view factors, facade-integrated<br />
photovoltaic modules, temperature dependent thermo physical properties and CFD domains. As required,<br />
component networks can be defined to represent, for example, HVAC systems, <strong>di</strong>stributed fluid flow (for the<br />
buil<strong>di</strong>ng-side air or plant-side working fluids) and electrical <strong>di</strong>stribution systems.<br />
Simulations: with ESP-r functionality follows description - simple models and operating regimes<br />
composed in a few minutes can be extended, in steps, to encompass the simultaneous solution of fabric<br />
(1/2/3D), air flow (network and/or coupled, transient CFD), electrical power, embedded renewables, plant<br />
system components, indoor air quality and lighting assessments via Ra<strong>di</strong>ance. Buil<strong>di</strong>ng and flow simulations<br />
can be undertaken at frequencies of one minute to one hour and system simulations can be from fractions of<br />
a second to an hour.<br />
1.2.28.6. Output<br />
Results analysis modules are used to view the simulation results, undertake a variety of performance<br />
appraisals and explore the interactions between assessment domains. Tools are provided to enable the<br />
construction of an Integrated Performance View which summaries performance over a range of relevant<br />
criteria. Changes to the model parameters can then follow depen<strong>di</strong>ng on these appraisals. The range of<br />
analyses is essentially unrestricted and data can be exported to other analysis and graphing tools.<br />
1.2.28.7. Computer Platform<br />
Sun-Solaris, Silicon Graphics: Sparc5 or newer, 96+MB memory.<br />
Linux (Redhat/ Mandrake/ SUSE etc): Pentium or newer, 128+MB memory.<br />
Mac OS X 10.1 or newer, 128+MB memory.<br />
Windows NT/2000/XP (graphic mode running under Cygwin), Pentium or newer, 128+MB memory.<br />
Windows NT/2000/XP (console application for batch processing), Pentium or newer, 128+MB memory.<br />
Disk requirements: ~12MB source <strong>di</strong>stribution, ~200MB executables/libraries/example problems, 50-<br />
500MB user project folders.<br />
1.2.28.8. Programming Language<br />
C and FORTRAN (F77 or F90) Compiles with most Unix and Linux compilers, GNU compilers and<br />
MINGW.<br />
1.2.28.9. Strengths<br />
ESP-r is flexible and powerful enough to simulate many innovative or lea<strong>di</strong>ng edge technologies<br />
inclu<strong>di</strong>ng daylight utilization, natural ventilation, combined heat and electrical power generation and<br />
photovoltaic facades, CFD, multi-grid<strong>di</strong>ng, and control systems. An active user community and mailing list<br />
ensures a quick response to technical issues.<br />
1.2.28.10. Weaknesses<br />
It is a general purpose tool and the extent of the options and level of detail slows the learning process.<br />
Specialist features require knowledge of the particular subject. Although robust and used for consulting by<br />
some groups, ESP-r still shows its research roots.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.29. FEDS<br />
57<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Provides a comprehensive method for quickly and objectively<br />
identifying energy improvements that offer maximum savings. FEDS<br />
(Facility Energy Decision System) makes assessments and analyzes<br />
energy efficiency of single buil<strong>di</strong>ngs, multiple buil<strong>di</strong>ngs, or all<br />
buil<strong>di</strong>ngs of an entire facility.<br />
It provides an easy-to-use tool for identifying energy efficiency<br />
measures, selecting minimum life-cycle costs, determining payback, and enabling users to prioritize retrofit<br />
options and compare alternative financing options (site fun<strong>di</strong>ng, leases, loans, ESPCs). FEDS also evaluates<br />
whether decentralization options are economically optimal for central energy plants and thermal loops.<br />
1.2.29.1. Expertise Required<br />
Minimal using rea<strong>di</strong>ly available information. Requires two or more hours depen<strong>di</strong>ng on number of<br />
buil<strong>di</strong>ngs.<br />
1.2.29.2. Users<br />
Over 1,500<br />
1.2.29.3. Au<strong>di</strong>ence<br />
Energy and facility managers, architects-engineers, utility planners, buil<strong>di</strong>ng technology researchers,<br />
educators, federal agencies, and energy consultants.<br />
1.2.29.4. Input<br />
Location, buil<strong>di</strong>ng types, operating hours, age, square footage, fuels used by facility and energy price<br />
data are required. Numerous detailed engineering parameters are optional.<br />
1.2.29.5. Output<br />
Fuel-neutral analysis with full life-cycle costing of retrofit options (ECMs) for the on-site buil<strong>di</strong>ngs.<br />
Output data includes energy and cost savings, emissions reductions, and a wide range of economic measures.<br />
1.2.29.6. Computer Platform<br />
PC-compatible, operating Windows NT/2000/XP/Vista.<br />
1.2.29.7. Programming Language<br />
C<br />
1.2.29.8. Strengths<br />
Allows but does not require input of engineering parameters. Energy/economic analysis. Models peak<br />
demand. Optimizes retrofit opportunities. Performs analysis that meets unique Federal needs. Provides<br />
emissions impacts. Accepts an unlimited number of buil<strong>di</strong>ngs. Considers decentralization for central energy<br />
plants and thermal loops. Engineering and economic parameters provided are user adjustable.<br />
1.2.29.9. Weaknesses<br />
Not a buil<strong>di</strong>ng design tool.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.30. HAP<br />
58<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
A versatile system design tool and an energy simulation tool<br />
in one package, Carrieris Hourly Analysis Program (HAP)<br />
provides the ease of use of a Windows-based graphical user<br />
interface and the computing power of modern 32-bit software.<br />
HAPs design module uses a system-based approach to<br />
HVAC load estimating. This approach tailors sizing procedures<br />
and results to the specific type of system being considered. Central<br />
AHUs, packaged rooftop units, split systems, fan coils, water<br />
source heat pumps and PTACs can easily be sized, as can CAV,<br />
VAV and multiple-zone systems. Calculation rigor and integrity<br />
are provided by the ASHRAE Transfer Function Method for calculating buil<strong>di</strong>ng heat flow.<br />
HAPs energy analysis module performs an hour-by-hour simulation of buil<strong>di</strong>ng loads and equipment<br />
operation for all 8,760 hours in a year. This approach provides superior accuracy versus the reduced hour-byhour<br />
method used by other software programs on the market.<br />
This is because a full hour-by-hour calculation considers the unique weather and operating schedules<br />
for each day of the year, rather than looking only at average or typical days each month. Such accuracy is<br />
crucial when analyzing design alternatives, energy conservation methods and details of off-design and partload<br />
performance for equipment. HAP uses TMY weather and the ASHRAE Transfer Function to calculate<br />
dynamic heat flow.<br />
Many types of air handling systems, packaged equipment and central plant equipment can be<br />
simulated.<br />
HAP uses six calculation engines to perform its work. The Loads engine uses the ASHRAE Transfer<br />
Function Method to analyze dynamic heat transfer in the buil<strong>di</strong>ng, producing space cooling and heating<br />
loads. The Systems engine simulates the thermo mechanical operation of air side systems.<br />
The Sizing engine integrates with both the Loads and Systems engines to determine required sizes for<br />
<strong>di</strong>ffusers, air terminals, fans, coils and humi<strong>di</strong>fiers. The Plant engine simulates the operation of chilled water<br />
and hot water plants. The Buil<strong>di</strong>ng engine collects energy and fuel consumption data from the System and<br />
Plant calculations and combines it with utility rate specifications to produce energy meter consumption totals<br />
and energy costs. Finally, a Life-cycle engine in a separate, but integrated program combines energy costs<br />
from HAP with purchase, installation and maintenance costs to derive life-cycle costs. HAP is suitable for a<br />
wide range of new design and retrofit applications.<br />
It provides extensive features for configuring and controlling air-side HVAC systems and terminal<br />
equipment. Part-load performance models are provided for split DX units, packaged DX units, heat pumps,<br />
chillers and cooling towers. Hydronic loops can be simulated with primary-only and primary/secondary<br />
configurations, using constant speed or variable speed pumps. Energy costs can be calculated with simple or<br />
complex utility rates, the latter inclu<strong>di</strong>ng energy and demand charges, time of day and year pricing, and<br />
demand determination clauses such as ratchets.<br />
1.2.30.1. Expertise Required<br />
General knowledge of HVAC engineering principles and MS Windows software applications.<br />
1.2.30.2. Users<br />
Approx. 5000 worldwide (single & LAN).
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.30.3. Au<strong>di</strong>ence<br />
59<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Practicing engineers involved in the design, specification and analysis of commercial HVAC<br />
systems/equipment. Instructional tool in colleges and universities. Design/build contractors, HVAC<br />
contractors, facility engineers, energy service consultants and other professionals involved in the design and<br />
analysis of commercial buil<strong>di</strong>ng HVAC systems. Useful for new design, retrofit and energy conservation<br />
work.<br />
1.2.30.4. Input<br />
Buil<strong>di</strong>ng geometry, envelope construction, internal heat gains and their schedules; equipment<br />
components, configurations, controls and efficiencies; utility rates.<br />
1.2.30.5. Output<br />
Over 50 design, and energy analysis reports and graphs document hourly, daily, monthly and annual<br />
energy and cost performance and are available to view or print. Design reports provide system sizing<br />
information, check figures, component loads and buil<strong>di</strong>ng temperatures. Simulation reports provide hourly,<br />
daily, monthly and annual performance data. All reports can be exported for use in word processors and<br />
spreadsheets. Energy costs can be calculated using complex utility rates which consider all of the common<br />
billing mechanisms for energy use, fuel use and demand.<br />
1.2.30.6. Computer Platform<br />
Windows 95/98/ME/NT/2000/XP compatible computer, minimum 32 MB RAM, minimum 25 MB<br />
hard <strong>di</strong>sk space, <strong>di</strong>splay monitor with 800x600 resolution and 256 colours minimum, CD-ROM drive and<br />
mouse.<br />
1.2.30.7. Programming Language<br />
Software is compiled. Source code is not available.<br />
1.2.30.8. Strengths<br />
HAP balances ease of use with technical sophistication. Technical features are comparable to DOE<br />
2.1; comparison stu<strong>di</strong>es with DOE 2.1 have yielded good correlation. The Windows graphical user interface,<br />
report features, data management features, on-line help system and printed documentation combine to<br />
provide an efficient, easy to use tool. HAP can receive equipment performance data via electronic link from<br />
Carrier equipment selection tools.<br />
1.2.30.9. Weaknesses<br />
HAP has limitations for use by research scientists. Because it is designed for the practicing engineer,<br />
program features are tailored for this au<strong>di</strong>ence. Features such as access to the source code, often necessary in<br />
research situations, are not offered.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.31. HOT2000<br />
Easy-to-use energy analysis and design software for low-rise<br />
residential buil<strong>di</strong>ngs. Utilizing current heat loss/gain and system<br />
performance models, the program aids in the simulation and design of<br />
buil<strong>di</strong>ngs for thermal effectiveness, passive solar heating and the<br />
operation and performance of heating and cooling systems.<br />
1.2.31.1. Expertise Required<br />
60<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Basic understan<strong>di</strong>ng of the construction and operation of residential buil<strong>di</strong>ngs.<br />
1.2.31.2. Users<br />
Over 1400 worldwide. HOT2000 is used mainly in Canada and the United States with a few users in<br />
Japan and Europe.<br />
1.2.31.3. Au<strong>di</strong>ence<br />
Builders, design evaluators, engineers, architects, buil<strong>di</strong>ng and energy code writers, Policy writers.<br />
HOT2000 is also used as the compliance software for the Cana<strong>di</strong>an R-2000 Program.<br />
1.2.31.4. Input<br />
Buil<strong>di</strong>ng geometry, construction characteristics (above and below grade), HVAC and domestic hot<br />
water specifications, geographical location of the house, fuel costs and economic data (optional). The data is<br />
entered through a graphical user interface. Many defaults are provided, if the user is not sure of certain<br />
values<br />
1.2.31.5. Output<br />
Reports on the house analysis, weather file, economic and financial con<strong>di</strong>tions and fuel costs are<br />
available. The house analysis includes detailed monthly tables, annual heat loss and HVAC load results. A<br />
comparison report allows for the <strong>di</strong>splay of results of up to 4 house files at once.<br />
1.2.31.6. Computer Platform<br />
PC compatible, 486 or higher, Windows 95/NT, SVGA monitor with minimum 800 x 600 resolution.<br />
1.2.31.7. Programming Language<br />
Calculation engine: FORTRAN, interface: Visual C++<br />
1.2.31.8. Strengths<br />
Performs whole-house energy analysis quickly (
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.32. IDA Indoor Climate and Energy<br />
61<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
A tool for simulation of thermal comfort, indoor air quality and<br />
energy consumption in buil<strong>di</strong>ngs.<br />
IDA Indoor Climate and Energy (IDA ICE) is based on a general<br />
simulation platform for modular systems, IDA Simulation Environment<br />
(Sahlin and Grozman 2003). Physical systems from several domains<br />
are in IDA described using symbolic equations, stated in either or both<br />
of the simulation languages Neutral Model Format (NMF)<br />
(www.equa.se) or Modelica (www.modelica.org). User defined<br />
tolerances control solution accuracy, allowing complete isolation of<br />
numerical errors from modelling approximations. Efficient DAE solvers are used to achieve a close to linear<br />
relationship between problem size and execution time for most problem types. The buil<strong>di</strong>ng simulation enduser<br />
benefits from this approach in several ways:<br />
• model extensions may be added as needed, by purchase or own development,<br />
• the mathematical model is fully transparent to the user, i.e. all variables, equations and parameters can<br />
be inspected to investigate model behaviour,<br />
• models from research work are easily made useful in commercial design,<br />
• the cost of maintaining and improving the general platform is shared among several domains, enabling<br />
commercially driven buil<strong>di</strong>ng simulation development.<br />
Locally adapted offerings of commercial quality, manufacturer-neutral, software and services can then<br />
become a reality. The IDA buil<strong>di</strong>ng simulation application Indoor Climate and Energy was specified and<br />
partly financed by an industrial consortium and has since its release in 1998 grown to become a lea<strong>di</strong>ng<br />
international tool. Special strengths are associated with a northern European engineering culture, represented<br />
by for example <strong>di</strong>splacement ventilation, active chilled beams, ra<strong>di</strong>ative devices, air and water based slab<br />
systems. All Termodeck buil<strong>di</strong>ngs are for example designed using IDA ICE. A special strength is realistic<br />
modelling of controls, enabling study of local loop behaviour in a whole- buil<strong>di</strong>ng context. IDA ICE offers<br />
separated but integrated user interfaces to <strong>di</strong>fferent user categories: Wizard interfaces - lea<strong>di</strong>ng the user<br />
through the steps of buil<strong>di</strong>ng a model for a specific type of study. The Internet browser based IDA Room<br />
wizard for cooling and heating load calculations is available free of charge over the Internet, serving some<br />
5000 registered users in six (soon eight) languages.<br />
Standard level interface - where the user is expected to formulate a reasonable simulation model using<br />
domain specific concepts and objects, such as zones, ra<strong>di</strong>ators and windows.<br />
1.2.32.1. Expertise Required<br />
IDA ICE is designed for HVAC designers, not being experts on simulation methods. Has an advanced<br />
level appreciated by simulation experts as well.<br />
1.2.32.2. Users<br />
250, primarily in Europe<br />
1.2.32.3. Au<strong>di</strong>ence<br />
HVAC designers, researchers<br />
1.2.32.4. Input<br />
Thermal characteristics, internal loads and schedules, heating and cooling equipment and system<br />
characteristics, buil<strong>di</strong>ng geometry. User enters data through an interface based on Windows 95/98/NT.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.32.5. Output<br />
62<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
A single zone IDA ICE model with default primary and secondary systems, comprises a total of about<br />
600 time dependent variables, any of which may be plotted, such as: zone heat balance, inclu<strong>di</strong>ng specific<br />
contributions from: sun, occupants, equipment, lights, ventilation, heating and cooling devices, surface<br />
transmissions, air leakage, cold bridges and furniture. Solar influx through windows with full 3D account for<br />
local sha<strong>di</strong>ng devices. Air CO2 and moisture levels. Air and surface temperatures. Comfort in<strong>di</strong>ces, PPD and<br />
PMV, Total energy cost, based on time-dependent prices.<br />
1.2.32.6. Computer Platform<br />
PC with Windows 95/98/NT. Minimum 16 MB of RAM memory and 20 MB of free hard-<strong>di</strong>sk space<br />
are needed.<br />
1.2.32.7. Programming Language<br />
Common Lisp, Fortran<br />
1.2.32.8. Strengths<br />
IDA ICE has been requested, specified and partly financed by a group of thirty lea<strong>di</strong>ng Scan<strong>di</strong>navian<br />
AEC companies. The mathematical models have been developed at the Royal Institute of Technology in<br />
Stockholm (KTH) and at Helsinki University of Technology. The models are not tailored to Scan<strong>di</strong>navian<br />
needs but seek to capture the international state-of-the-art in buil<strong>di</strong>ng performance modelling. Whenever<br />
appropriate, models recommended by ASHRAE have been used.<br />
1.2.32.9. Weaknesses<br />
Execution time is highly dependent on model structure and control. A yearly simulation of a ten zone<br />
model takes ten minutes on an 450 MHz PC. The execution time increases roughly in proportion to the<br />
number of zones.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.33. IES <br />
63<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
IES provides design professionals with a range of design- oriented<br />
buil<strong>di</strong>ng analysis within a single software environment. At the core of the model is a<br />
3-D geometric representation of the buil<strong>di</strong>ng to which application specific data is<br />
attached in views tailored to specific design tasks. The single model allows easy data<br />
exchange among applications.<br />
IES incorporates ApacheSim, a dynamic thermal simulation tool based<br />
on first-principles mathematical modelling of buil<strong>di</strong>ng heat transfer processes. It has<br />
been tested using ASHRAE Standard 140 and qualifies as a Dynamic Model in the CIBSE system of model<br />
classification. The program provides an environment for the detailed evaluation of buil<strong>di</strong>ng and system<br />
designs, allowing them to be optimized with regard to comfort criteria and energy use.<br />
ApacheSim can be linked dynamically to MacroFlo for natural ventilation and infiltration analysis, to<br />
ApacheHVAC for component based system simulation and to SunCast for detailed sha<strong>di</strong>ng and solar<br />
penetration analysis. Results from ApacheSim may be automatically exported as boundary con<strong>di</strong>tions for the<br />
MicroFlo CFD program.<br />
The program provides an environment for the detailed evaluation of buil<strong>di</strong>ng and system designs,<br />
allowing them to be optimized with regard to comfort criteria and energy use. Among the issues that can be<br />
addressed with ApacheSim are thermal insulation (type and placement), buil<strong>di</strong>ng dynamics & thermal mass,<br />
buil<strong>di</strong>ng configuration and orientation, climate response, glazing, sha<strong>di</strong>ng, solar gain, solar penetration,<br />
casual gains, air- tightness, natural ventilation, mechanical ventilation, mixed-mode systems, and HVAC<br />
systems.<br />
Within ApacheSim, conduction, convection and ra<strong>di</strong>ation heat transfer processes for each element of<br />
the buil<strong>di</strong>ng fabric are in<strong>di</strong>vidually modeled and integrated with models of room heat gains, air exchanges<br />
and plant. The simulation is driven by real weather data and may cover any period from a day to a year. The<br />
time-evolution of the buil<strong>di</strong>ng's thermal con<strong>di</strong>tions is traced at intervals as small as one minute.<br />
ApacheSim results are viewed in Vista, a graphics driven tool for data presentation and analysis. Vista<br />
provides facilities for interrogating the results in detail or at various levels of aggregation, and includes<br />
functions for statistical analysis. Simulation results include:<br />
• over 40 measures of room performance inclu<strong>di</strong>ng air and ra<strong>di</strong>ant temperature, humi<strong>di</strong>ty, CO 2 ,<br />
sensible and latent loads, gains and ventilation rates,<br />
• comfort statistics,<br />
• natural ventilation rates through in<strong>di</strong>vidual windows, doors and louvers,<br />
• surface temperatures for comfort analysis and CFD boundary con<strong>di</strong>tions,<br />
• plant performance variables,<br />
• loads and energy consumption,<br />
• carbon emissions.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.34. LESOSAI<br />
64<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Computes the energy use of a buil<strong>di</strong>ng accor<strong>di</strong>ng to the<br />
hourly and/or monthly simplified models described in the<br />
European standard EN ISO 13790 and in Swiss standard, the<br />
energy needs contained in the French standard RT2005, in the<br />
Luxembourg Standard and in the Italian DLGs 192. It computes<br />
as well transmission and ventilation heat loss as solar gains from<br />
windows, sunspaces, double-skin facade, window solar collector<br />
and transparent insulation walls. It can handle several zones and<br />
rooms at various set-point temperatures and also helps in sizing<br />
the peak heating power (EN 12831, SIA384.201) and the<br />
cooling needs (EN ISO 13790). Results are given in a full report as well as in a Sankey <strong>di</strong>agram and a<br />
monthly heat balance <strong>di</strong>agram. A sensitivity analysis can be automatically performed using a MonteCarlo<br />
method. This provides a histogram of possible results. Lesosai 6.0 integrates <strong>di</strong>fferent other calculations and<br />
methodologies, inclu<strong>di</strong>ng Life Cycle Analysis; Meteonorm, worldwide monthly and hourly weather<br />
database; MaterialsDB.org database; USai: thermal transmission coefficient (EN ISO 6946), dynamic<br />
characteristics (EN ISO 13786), condensation risk (EN ISO 13788, EN ISO 6946); multilingual: French,<br />
Italian, English, German<br />
1.2.34.1. Validation/Testing<br />
Certification no: 344 (OFEN)<br />
1.2.34.2. Expertise Required<br />
Understan<strong>di</strong>ng heat balance in buil<strong>di</strong>ngs.<br />
1.2.34.3. Users<br />
First version <strong>di</strong>stributed in 1991. Version 6.0 (2008), more than 1,500 users.<br />
1.2.34.4. Au<strong>di</strong>ence<br />
Architects, buil<strong>di</strong>ng physics consultants, engineers.<br />
1.2.34.5. Input<br />
For each buil<strong>di</strong>ng zone: rooms, floor area, volume, air change rate, areas and U-values of all envelope<br />
components, orientation, area and type of glazing for windows and passive solar devices, occupation, etc.<br />
Input is object oriented and clearly organized in successive windows.<br />
1.2.34.6. Output<br />
Full report inclu<strong>di</strong>ng transmission heat-loss coefficient for each component, ventilation heat loss,<br />
monthly, and annual heat balance inclu<strong>di</strong>ng losses, internal and solar passive heat gains. Sankey <strong>di</strong>agram<br />
illustrating the heat flows through main buil<strong>di</strong>ng parts, monthly heat balance.<br />
1.2.34.7. Computer Platform<br />
PC-compatible, Windows 98 or higher
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.34.8. Programming Language<br />
Delphi and C++<br />
1.2.34.9. Strengths<br />
65<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Complies with European standard EN ISO 13790. User-friendly interface, official climate<br />
(Switzerland, Italy, Germany, France, Romania, and Luxembourg) and Meteonorm, characteristics of glazing<br />
materials (EN 673) and transparent insulation, solar collectors, <strong>di</strong>rect connection with producer materials<br />
databases. U value calculation. Expandable user's database. German, French, English, and Italian versions.<br />
The product has 23 years in the market performing thermal modelling of buil<strong>di</strong>ngs. Prints <strong>di</strong>fferent official<br />
reports.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.35. MarketManager<br />
66<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Models any type of commercial, institutional, industrial, and<br />
residential facility and determines the energy and cost impact of virtually<br />
any type of energy conservation measure or utility rate schedule.<br />
MarketManager calculates the operating costs of any piece of<br />
equipment in the facility and determines the cost-effectiveness of improving the buil<strong>di</strong>ng envelope, HVAC<br />
controls, motors, lighting systems, heating and cooling equipment.<br />
1.2.35.1. Expertise Required<br />
MarketManager is best used by energy professionals who have a good understan<strong>di</strong>ng of HVAC<br />
systems. Others have been known to use it.<br />
1.2.35.2. Users<br />
Approximately 1000 users worldwide, mostly in the United States.<br />
1.2.35.3. Au<strong>di</strong>ence<br />
ESCOs, performance contractors, energy consultants, utilities and energy managers.<br />
1.2.35.4. Input<br />
Users input buil<strong>di</strong>ng envelope characteristics (windows, walls, etc.), occupancy and thermostat<br />
schedules, lighting and internal equipment data and schedules, HVAC system information (inclu<strong>di</strong>ng<br />
chillers, fans, system type, etc.), HVAC controls, and rate information. Users can speed up the process by<br />
using pre-defined template projects, libraries filled with hundreds of equipment and buil<strong>di</strong>ng envelope items.<br />
1.2.35.5. Output<br />
MarketManager includes over twenty standard reports formats as well as graphing capabilities. Users<br />
can also configure results output. The program also allows users to create and print lists of inputted data<br />
(such as information on all fans).<br />
1.2.35.6. Computer Platform<br />
PC Platform, 486 and higher, Windows 3.1 and later.<br />
1.2.35.7. Programming Language<br />
Delphi (a derivative of PASCAL)<br />
1.2.35.8. Strengths<br />
For users who don't want to spend days creating models. Through the use of templates, libraries,<br />
defaults and drag and drop, MarketManager users can create detailed models in a very short time. The<br />
program's calculations are based upon methods outlined in ASHRAE Fundamentals and used in DOE-2.<br />
1.2.35.9. Weaknesses<br />
Users must understand HVAC to correctly create models. The program doesn't run well with huge<br />
detailed models, such as 300 zone hospitals.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.36. Micropas6<br />
67<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Easy to use detailed energy simulation program which<br />
performs hourly calculations to estimate annual energy usage<br />
for heating, cooling and water heating in residential buil<strong>di</strong>ngs.<br />
In ad<strong>di</strong>tion to its purpose as a compliance tool for California<br />
Title 24 Energy Efficiency Standards, Micropas can be used to<br />
demonstrate that a home meets Energy Star requirements in<br />
California (15% above Title 24).<br />
The program includes a load calculation for use in sizing<br />
heating and cooling equipment. Micropas6 has been in wide use in California since the early 1980s as a<br />
buil<strong>di</strong>ng energy code compliance tool and is growing in use elsewhere under the Model Energy Code.<br />
The last survey showed that about 75% of the single-family homes permitted in California used<br />
Micropas to determine code compliance. The program is mature, reliable and fast. Micropas6 is fully<br />
supported with top notch documentation and complete printouts. The program has a wide range of features to<br />
help automate and manage its use.<br />
1.2.36.1. Validation/Testing<br />
Micropas has passed the HERS Bestest Tier 1 tests.<br />
1.2.36.2. Expertise Required<br />
to read buil<strong>di</strong>ng plans and an understan<strong>di</strong>ng of how the energy efficiency of buil<strong>di</strong>ng features (e.g. Ufactors,<br />
SHGC, R-values, SEER, etc.) are specified.<br />
1.2.36.3. Users<br />
Over 2300 copies have been sold since 1983, mostly in California and other west coast states. Current<br />
users include builders, architects, engineers, mechanical contractors, utilities and energy consultants.<br />
1.2.36.4. Au<strong>di</strong>ence<br />
Although Micropas is a capable general purpose hourly simulation program for energy efficient<br />
residential buil<strong>di</strong>ngs, the main use of the program is to document compliance with residential buil<strong>di</strong>ng<br />
energy codes such as the Model Energy Code and California's Title-24 Code.<br />
1.2.36.5. Input<br />
Data is required describing each buil<strong>di</strong>ng thermal zone (15 maximum); opaque surfaces (walls, roofs,<br />
floors, 100 maximum); fenestration products (doors, windows, skylights, 100 maximum); thermal mass<br />
(slabs, etc., 25 maximum); HVAC equipment (heating, cooling, venting, thermostats) and water heating<br />
systems (domestic and hydronic heating).<br />
1.2.36.6. Output<br />
Seven types of clearly formatted printouts are available inclu<strong>di</strong>ng summary output, detailed buil<strong>di</strong>ng<br />
descriptions, HVAC sizing summary and assembly U-value calculations. For detailed oriented stu<strong>di</strong>es,<br />
yearly, monthly, daily and hourly table output is available inclu<strong>di</strong>ng time-of-use and bin data.<br />
Annual and table outputs can be saved in delimited formats suitable for importing into other software<br />
for ad<strong>di</strong>tional analysis and graphics. For stu<strong>di</strong>es inclu<strong>di</strong>ng many runs, a parametric run generator and<br />
databases of run results are available.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.36.7. Computer Platform<br />
68<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Can run on any DOS, Windows 3.1, Windows 95, 98, XP, 2000 or Windows NT based computer. Can<br />
run on Macintosh using emulation software.<br />
1.2.36.8. Programming Language<br />
Microsoft Professional Basic.<br />
1.2.36.9. Strengths<br />
Mature and reliable program used daily by hundreds of energy consultants in California. Good<br />
documentation and good support via toll free number. Can calculate annual energy usage and provide load<br />
(sizing) calculations at the same time. Able to manage multiple runs. Not as complex as DOE-2, not as<br />
simple minded as UA type compliance programs.<br />
1.2.36.10. Weaknesses<br />
No detailed modelling of heating and cooling systems is provided--seasonal performance values like<br />
AFUEs and SEERs are used.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.37. PHPP<br />
69<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
PHPP calculates energy demand for buil<strong>di</strong>ngs. It<br />
is compatible with international norms (ISO 13790) and<br />
well validated with dynamic simulation tools as well as<br />
with measured data. It is especially adapted to highperformance<br />
buil<strong>di</strong>ngs and can be used to prove Passive<br />
House requirements. The planning package comprises many tools specifically useful for the design of highperformance<br />
buil<strong>di</strong>ngs.<br />
The Passive House Planning (Design) Package (PHPP) includes:<br />
• energy calculations (incl. R or U-values)<br />
• design of window specifications<br />
• design of the indoor air quality ventilation system<br />
• sizing of the heating load<br />
• sizing of the cooling load<br />
• forecasting for summer comfort<br />
• sizing of the heating and domestic hot water (DHW) systems<br />
calculations of auxiliary electricity, primary energy requirements:<br />
• (circulation pumps, etc.), as well as projection of CO2 emissions<br />
• verifying calculation proofs of KfW and EnEV (Europe)<br />
Climate Data Sheet: climate regions may be selected from over 200 locations in Europe and North<br />
America. User-defined data can also be used.<br />
1.2.37.1. Validation/Testing<br />
Basis for energy balance: ISO 13790. Tested with dynamic buil<strong>di</strong>ng simulation and with measured<br />
data in field project with some 1,000 apartments and ad<strong>di</strong>tionally with non-residential buil<strong>di</strong>ngs.<br />
1.2.37.2. Expertise Required<br />
Experience in buil<strong>di</strong>ng design or buil<strong>di</strong>ng energy consulting. PHPP training is recommended but not<br />
prerequisite. Use of manual (included).<br />
1.2.37.3. Users<br />
1,0000 users worldwide: 500 in the United States<br />
1.2.37.4. Au<strong>di</strong>ence<br />
Architects, engineers, energy consultants, scientists.<br />
1.2.37.5. Input<br />
Data are entered as numbers or chosen in menus. Needed: surface areas of thermal envelope, length of<br />
thermal bridges (optional), thermal characteristics of materials (thermal conductance) or buil<strong>di</strong>ng<br />
components (U-values), and of thermal bridges (optional); characteristics of ventilation system, efficiency of<br />
heat recovery, location of buil<strong>di</strong>ng. Characteristics of certified passive house buil<strong>di</strong>ng components are<br />
implemented.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.37.6. Output<br />
70<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Pre-formatted documentations: Overview, energy balance, heating load, cooling load, summer comfort<br />
(percentage of overheating), ventilation, energy use/losses for heating system, primary energy demand.<br />
1.2.37.7. Computer Platform<br />
Windows PC with MS Office<br />
1.2.37.8. Programming Language<br />
Spreadsheet<br />
1.2.37.9. Strengths<br />
Energy design and thermal comfort for high performance buil<strong>di</strong>ngs, esp. passive houses<br />
1.2.37.10. Weaknesses<br />
Multizonal dynamic buil<strong>di</strong>ng simulation for buil<strong>di</strong>ngs with large glazing areas (solar gains) and/or<br />
high need of control.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.38. PowerDomus<br />
71<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
PowerDomus is a whole- buil<strong>di</strong>ng simulation tool for<br />
analysis of both thermal comfort and energy use. It has been<br />
developed to model coupled heat and moisture transfer in<br />
buil<strong>di</strong>ngs when subjected to any kind of climate con<strong>di</strong>tions, i.e.,<br />
considering both vapor <strong>di</strong>ffusion and capillary migration. Its<br />
models pre<strong>di</strong>ct temperature and moisture content profiles within<br />
multi-layer walls for any time step and temperature and relative<br />
humi<strong>di</strong>ty for each zone, by using the finite-volume approach and<br />
the mathematical method developed by Mendes et al. (2002).<br />
The use of this method avoids numerical oscillations, since it<br />
keeps the <strong>di</strong>screte equations strongly coupled between themselves, preventing the occurrence of physically<br />
unrealistic behaviour when time step is increased and producing a numerically stable method, which is very<br />
suitable 11 to be used in buil<strong>di</strong>ng yearly energy simulation programs. Integrated simulation of HVAC<br />
systems can be performed for both <strong>di</strong>rect and in<strong>di</strong>rect expansion systems.<br />
PowerDomus allows users to visualize the sun path and inter-buil<strong>di</strong>ngs sha<strong>di</strong>ng effects and provides<br />
reports with graphical results of zone temperature and relative humi<strong>di</strong>ty, PMV and PPD, thermal loads<br />
statistics, temperature and moisture content within user-selectable walls/roofs, surface vapor fluxes and<br />
daily-integrated moisture sorption/ desorption capacity.<br />
On-off and PID control strategies can be applied to in<strong>di</strong>vidual heaters or DX-systems and 1-minute<br />
time intervals for schedules can be considered all over.<br />
For the floor, the Dirichlet con<strong>di</strong>tions for temperature and moisture content at the lower soil surface or<br />
a<strong>di</strong>abatic and impermeable con<strong>di</strong>tions for deeper surfaces can be considered. There is also the possibility to<br />
read temperature and moisture content data generated by the Solum 3-D Simulation model (Santos and<br />
Mendes, 2003), which provides spatial <strong>di</strong>stribution of temperature and moisture content in soils for each<br />
user-defined time sample.<br />
PowerDomus has been conceived to be a very user- friendly software in order to stimulate a larger<br />
number of users to use buil<strong>di</strong>ng simulation software. It has been developed in the C++ language under C++<br />
Builder environment using a 3-D OpenGL graphical interface and it is available on the PC platform under<br />
Windows 2000 and XP operating systems.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.39. Prophet Load Profiler<br />
72<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Internet-enabled software that empowers business energy<br />
customers to manage energy and reduce costs. Valuable to facility<br />
managers, energy managers and energy service companies, the<br />
Prophet web-based service delivers real-time and near-real-time<br />
energy information on energy consumption and demand for any size<br />
facility. A number of facilities can be managed using consumption<br />
data gathered in 15 minute, 30 minute, 60 minute, daily, weekly and<br />
monthly intervals.<br />
Users can imme<strong>di</strong>ately view and analyze data with an eye<br />
toward load shed<strong>di</strong>ng, cost avoidance strategies, energy budget<br />
management, utility cost validation and energy forecasting. All tools are contained within the Prophet Web<br />
application and enabled via the internet using a standard web browser. Users can quickly switch between<br />
graphical and tabular formats.<br />
1.2.39.1. Expertise Required<br />
Basic knowledge of energy consumption terms and measurements. No special knowledge needed to<br />
operate the Prophet software other than being able to use a web browser. On-line support and training is<br />
included by AEI in the service.<br />
1.2.39.2. Users<br />
Over 100 company energy managers monitoring in excess of 4,000 meters.<br />
1.2.39.3. Au<strong>di</strong>ence<br />
Industrial, school and commercial facility managers, energy services companies, and energy<br />
managers.<br />
1.2.39.4. Input<br />
Whole buil<strong>di</strong>ng metering or sub-metered loads that provide energy consumption as a function of time.<br />
Weather data, production data, equipment operations data and energy budget information. Rate information,<br />
inclu<strong>di</strong>ng cost per kWh, kW demand charges, time of use periods, ratchet clauses, kVA charges and all<br />
associated periods and schedules.<br />
1.2.39.5. Output<br />
The Prophet generates charts, tabular data, real-time cost estimates, 5 day forward energy use<br />
projections, multiple rate structure cost comparisons, alarms and notifications, and energy consumption<br />
comparisons. Also supports <strong>di</strong>rect interface of data to common PC spreadsheet and database programs.<br />
1.2.39.6. Computer Platform<br />
PCs running Windows 98/NT/2000/XP with internet connection<br />
1.2.39.7. Programming Language<br />
Java
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.39.8. Strengths<br />
73<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Provides efficient organization of large quantities of energy information from multiple facilities into<br />
enterprise view with intuitive easy to use energy analysis package. Provides interactive load analysis, cost<br />
analysis and rate comparisons with active alarms to alert users of potential energy problems. Does not<br />
require large investment in computer infrastructure, able to utilize data from current utility meters.<br />
1.2.39.9. Weaknesses<br />
Prophet is an application service type of tool and therefore cannot be installed on as part of the<br />
customers IT infrastructure. AEI considers this a plus as it drastically cuts the cost of deployment and<br />
maintenance for users. There are no licensing fees or annual upgrades to corporate systems required.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.40. SolArch<br />
Design tool for architects familiar with passive solar<br />
energy. It includes a thermal performance calculator, a design<br />
element checklist, and excel spreadsheets database with useful<br />
Solar Architecture parameters (e.g. thermal properties). Version<br />
1.0 is in English and includes some sample data for the UK and<br />
Ireland.<br />
1.2.40.1. Expertise Required<br />
Familiarity with solar architecture.<br />
1.2.40.2. Users<br />
74<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Several hundred around the world, primarily in Europe (UK/Ireland).<br />
1.2.40.3. Au<strong>di</strong>ence<br />
Users familiar with solar architecture, e.g. architects / civil engineers, construction industry / buil<strong>di</strong>ng<br />
designers, government agencies, technical press and me<strong>di</strong>a, public utilities / energy supply industry,<br />
professional and trade associations, consultants, university faculty and students.<br />
1.2.40.4. Input<br />
Thermal performance calculation basic data input - numerical, text, and graphical.<br />
1.2.40.5. Output<br />
Buil<strong>di</strong>ng thermal performance parameters, graphics, excel spreadsheets: daylighting and passive solar<br />
design technologies from manufacturer/supplier database; ecological assessment of buil<strong>di</strong>ng materials;<br />
embo<strong>di</strong>ed energy / energy requirement for manufacturing and/or processing; daylighting checklist;<br />
recommended illuminances; address list from manufacturer/supplier database; thermal properties: surface<br />
and airspace resistance, materials (conductivity, etc.), ra<strong>di</strong>ative properties of materials, typical floor<br />
construction U-values, typical roof construction U-values, and typical wall construction U-values; and<br />
ventilation technologies from manufacturer/supplier database.<br />
1.2.40.6. Computer Platform<br />
PC (Windows)<br />
1.2.40.7. Programming Language<br />
N/A<br />
1.2.40.8. Strengths<br />
Simple thermal performance calculation, thermal parameter database, manufacturer information.<br />
1.2.40.9. Weaknesses<br />
Some data specific to UK/Ireland.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.41. SUNREL<br />
75<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
SUNREL is an hourly buil<strong>di</strong>ng energy<br />
simulation program developed by NREL's<br />
Center for Buil<strong>di</strong>ng and Thermal Systems that<br />
aids in the design of small energy-efficient<br />
buil<strong>di</strong>ngs where the loads are dominated by the dynamic interactions between the buil<strong>di</strong>ng's envelope, its<br />
environment, and its occupants.<br />
The program is based on fundamental models of physical behaviour and includes algorithms<br />
specifically for passive technologies, such as Trombe walls, programmable window sha<strong>di</strong>ng, advanced<br />
glazing, natural ventilation, and rock bins. Conduction is calculated with a 1-D finite <strong>di</strong>fference formulation;<br />
therefore, there is no practical limit on the thickness of walls or thermal capacitance.<br />
Interzone heat transfer by convection and ra<strong>di</strong>ation is handled by user defined heat transfer<br />
coefficients. External surface convection coefficients are user defined (or default) constants. Interior surface<br />
convection and ra<strong>di</strong>ation heat transfer is calculated using user defined (or default) constants. SUNREL has a<br />
simplified multizone nodal airflow algorithm that can be used to calculate infiltration and natural ventilation.<br />
Inputs for infiltration include the effective leakage area per zone and the estimated <strong>di</strong>stribution of the<br />
leakage area over each wall. The natural ventilation inputs include the opening size, height, location, and<br />
operating temperature schedule. Wind pressure coefficients can be user defined or calculated from a simple<br />
correlation using wind speed and <strong>di</strong>rection. Windows can be modeled with detailed optical properties and Uvalues<br />
or via data import from Window 4 or 5.<br />
Thermochromic windows can also be modeled if the optical data is available to create a Window<br />
model. SUNREL only models idealized HVAC equipment. The equipment and loads calculations are solved<br />
simultaneously, and the equipment capacities can be fixed by the user or set to always meet the load. Fans<br />
can be used to move a schedulable fixed amount of air between zones or from outside. SUNREL can read<br />
TMY, TMY2, BLAST, and SUNREL weather files. A graphical interface can be used to create and revise<br />
the text input files. The interface allows a single run or parametric runs for a single variable at a time.<br />
1.2.41.1. Validation/Testing<br />
SUNREL and SERI-RES have both been extensively tested as part of the IEA Solar Heating and<br />
Cooling Programme�s efforts to validate buil<strong>di</strong>ng energy simulation software. The program will report if<br />
stability or convergence criteria are not maintained, and energy balances can be observed from output reports<br />
available to the user.<br />
1.2.41.2. Expertise Required<br />
Knowledge of mechanical engineering, buil<strong>di</strong>ng heat transfer.<br />
1.2.41.3. Users<br />
More than 100. Also the underlying engine for TREAT.<br />
1.2.41.4. Au<strong>di</strong>ence<br />
Engineers, energy consultants, scientists, designers.<br />
1.2.41.5. Input<br />
Thermophysical and optical properties of the buil<strong>di</strong>ng, simplified geometric description, and hourly<br />
weather data.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.41.6. Output<br />
76<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Temperatures and energy flows; all components of the buil<strong>di</strong>ng energy balance at hourly, daily,<br />
weekly, monthly, or yearly integrations.<br />
1.2.41.7. Computer Platform<br />
PC compatible using DOS.<br />
1.2.41.8. Programming Language<br />
Fortran<br />
1.2.41.9. Strengths<br />
Passive solar; dynamic modelling of buil<strong>di</strong>ng fabric; relatively easy to learn and use; flexibility of<br />
thermal network approach.<br />
1.2.41.10. Weaknesses<br />
Lack of HVAC modelling.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.42. TAS<br />
77<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Software package for the thermal analysis of buil<strong>di</strong>ngs. TAS includes a 3D<br />
modeller, a thermal/energy analysis module, a systems/controls simulator and a 2D<br />
CFD package. There are also CAD links into the 3D modeller as well as report<br />
generation facilities. It is a complete solution for the thermal simulation of a buil<strong>di</strong>ng,<br />
and a powerful design tool in the optimization of a buil<strong>di</strong>ngs environmental, energy and<br />
comfort performance.<br />
Tas Systems is a HVAC systems/controls simulator, which may be <strong>di</strong>rectly coupled with the buil<strong>di</strong>ng<br />
simulator. It performs automatic airflow and plant sizing and total energy demand. The third module, Tas<br />
Ambiens, is a robust and simple to use 2D CFD package which produces a cross section of micro climate<br />
variation in a space. Simulation data (sha<strong>di</strong>ng, surface information etc) is extracted from the Tas 3D model,<br />
inclu<strong>di</strong>ng an automatically generated air flow network.<br />
Tas combines dynamic thermal simulation of the buil<strong>di</strong>ng structure with natural ventilation<br />
calculations which include advanced control functions on aperture opening and the ability to simulate<br />
complex mixed mode systems. The software has heating and cooling plant sizing procedures, which include<br />
optimum start.<br />
Tas has 20 years of commercial use in the UK and around the world. It has a reputation for robustness,<br />
accuracy and a comprehensive range of capabilities. There is an extensive Theory Manual detailing<br />
simulation principles and assumptions. Developments are regularly tested against ASHRAE, CIBSE and<br />
ISO/CEN standards. Originally developed at Cranfield Institute in the UK, it has been commercially<br />
developed and supported since 1984.<br />
1.2.42.1. Expertise Required<br />
Qualified Engineer or Architect. Software include comprehensive tutorials. No training courses are<br />
required.<br />
1.2.42.2. Users<br />
250 user sites. Mainly in Europe, some in Canada & Australia.<br />
1.2.42.3. Au<strong>di</strong>ence<br />
Buil<strong>di</strong>ng services engineers and architects.<br />
1.2.42.4. Input<br />
A 3D CAD front-end allows buil<strong>di</strong>ng geometry to be input. Geometric data can be entered from other<br />
CAD packages. Comprehensive databases on thermal properties of materials, climate data, occupation<br />
schedules, plant characteristics. a graphical interface makes for efficient data entry and mo<strong>di</strong>fication.<br />
Tas can now import gbXML and IDF (EnergyPlus) geometry <strong>di</strong>rectly.<br />
1.2.42.5. Output<br />
Information is provided on comfort con<strong>di</strong>tions, plant sizing, energy use and natural ventilation. There<br />
is also a CFD section of microclimate variation. There are pre-formatted inputs and output. all simulation<br />
data can be exported to other packages such as Microsoft Excel, Word, Publisher etc. for customized report<br />
preparation.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.42.6. Computer Platform<br />
Windows XP/Vista.<br />
1.2.42.7. Programming Language<br />
C++<br />
1.2.42.8. Strengths<br />
Excellent responsive and accurate tool for concept development.<br />
1.2.42.9. Weaknesses<br />
Not intended for detailed services layout design.<br />
78<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.43. TRACE 700<br />
79<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Trane's TRACE 700 software - the latest version of Trane<br />
Air Con<strong>di</strong>tioning Economics - brings the algorithms<br />
recommended by the American Society of Heating, Refrigerating,<br />
and Air-Con<strong>di</strong>tioning Engineers (ASHRAE) to the familiar<br />
Windows operating environment. Use it to assess the energy and<br />
economic impacts of buil<strong>di</strong>ng-related selections such as<br />
architectural features, comfort-system design, HVAC equipment<br />
selections, operating schedules, and financial options.<br />
The TRACE 700 is <strong>di</strong>vided into four <strong>di</strong>stinct calculation<br />
phases: Design, System, Equipment and Economics.<br />
The user can choose from several <strong>di</strong>fferent load methodologies: TETD, CLTD/CLF, ASHRAE<br />
RTS, and others.<br />
During the Design Phase the program first calculates buil<strong>di</strong>ng heat gains for each month based on the<br />
buil<strong>di</strong>ng geometry, schedules of use, infiltration and ventilation. The heat gain profile is then converted into<br />
a cooling load profile which accounts for the thermal time lag characteristics of the buil<strong>di</strong>ng and peak loads.<br />
The program next performs a psychrometric analysis to determine the desired cooling and heating supply air<br />
temperatures. Then the load and psychrometric calculations are repeated to more accurately account for the<br />
hourly plenum temperature's affect on the space and coil loads. Finally, the program sizes all coils and air<br />
handlers based on these maximum loads and the psychrometrically determined values of supply air dry bulb.<br />
During the System Phase, the dynamic response of the buil<strong>di</strong>ng is simulated for an 8760-hour (or<br />
reduced) year by combining room load profiles with the characteristics of the selected airside system to<br />
pre<strong>di</strong>ct the load imposed on the equipment. The program will track the wet and dry bulb con<strong>di</strong>tion of air as it<br />
travels through the buil<strong>di</strong>ng either gaining or releasing heat along the way. In ad<strong>di</strong>tion to energy recovery,<br />
both in<strong>di</strong>rect and <strong>di</strong>rect dehumi<strong>di</strong>fication strategies can be simulated to pre<strong>di</strong>ct the humi<strong>di</strong>ty levels in every<br />
room of the buil<strong>di</strong>ng.<br />
The Equipment Phase uses the hourly coil loads from the System Phase to determine how the cooling,<br />
heating, and air moving equipment will consume energy. In ad<strong>di</strong>tion, the cooling equipment also takes into<br />
account the effect of the ambient dry and wet bulb temperatures upon equipment performance.<br />
The Economic Phase combines economic input supplied by the user with the energy usage from the<br />
Equipment Phase to calculate each alternative's utility cost, installed cost, maintenance cost and life cycle<br />
cost. From the economic parameters input, a detailed life cycle analysis is performed for each alternative and<br />
comparisons made between the alternatives.<br />
1.2.43.1. Validation/Testing<br />
The software is tested accor<strong>di</strong>ng to ASHRAE Standard 140. Results have been posted on the program<br />
website.<br />
1.2.43.2. Expertise Required<br />
General knowledge of HVAC engineering principles, buil<strong>di</strong>ng geometry, and the Microsoft Windows<br />
operating system<br />
1.2.43.3. Users<br />
Approximately 1,200 worldwide, inclu<strong>di</strong>ng single and site/LAN licenses
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.43.4. Au<strong>di</strong>ence<br />
80<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Engineers, architects, and contractors who design and analyze commercial HVAC systems/equipment<br />
for new and existing buil<strong>di</strong>ngs; also energy consultants and utility companies; buil<strong>di</strong>ng technology<br />
researchers; state and federal agencies; colleges and universities<br />
1.2.43.5. Input<br />
Buil<strong>di</strong>ng design parameters; operating schedules; HVAC system configurations, equipment types, and<br />
control strategies; utility rates<br />
1.2.43.6. Output<br />
Display, print, graph, or export any of 61 monthly/yearly summary reports and hourly analyses,<br />
inclu<strong>di</strong>ng system "checksums," system component selection, psychrometric state points, peak<br />
cooling/heating loads, buil<strong>di</strong>ng envelope loads, buil<strong>di</strong>ng temperature profiles, equipment energy<br />
consumption, and ASHRAE 90.1 analysis.<br />
1.2.43.7. Computer Platform<br />
Personal computer with a Pentium 233 or higher processor, Microsoft Windows<br />
95/98/2000/ME/NT/XP operating system, 128 megabytes (MB) of RAM, 80 MB of free hard <strong>di</strong>sk space,<br />
Super VGA <strong>di</strong>splay, CD-ROM drive, and a Microsoft-compatible pointing device<br />
1.2.43.8. Programming Language<br />
Visual C++<br />
1.2.43.9. Strengths<br />
Models 33 <strong>di</strong>fferent airside systems, plus many HVAC plant configurations and control strategies,<br />
inclu<strong>di</strong>ng thermal storage, cogeneration, and fan-pressure optimization, and daylighting controls.<br />
Customizable libraries and templates simplify data entry and allow greater modelling accuracy.<br />
Documentation includes detailed online Help and a printed modelling guide. Experienced HVAC engineers<br />
and support specialists provide free technical support.<br />
1.2.43.10. Weaknesses<br />
Formal training is recommended for new users (Visit the web site for training options.)
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.44. TREAT<br />
81<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Performs hourly simulations for single family, multifamily, and mobile homes. Comprehensive<br />
analysis tool includes tools for retrofitting heating and cooling systems, buil<strong>di</strong>ng envelopes (insulation and<br />
infiltration), windows and doors, hot water, ventilation, lighting and appliances, and more. Weather<br />
normalizes utility bills for comparison to performance of model. Highly accurate calculations which consider<br />
waste heat (baseload), solar heat gain, and fully interacted energy savings calculations.<br />
1.2.44.1. Validation/Testing<br />
BESTested, DOE approved for weatherization (single family, multifamily, and mobile homes).<br />
1.2.44.2. Expertise Required<br />
Basic computer skills, knowledge of buil<strong>di</strong>ng science, buil<strong>di</strong>ng performance contracting or<br />
weatherization retrofit techniques.<br />
1.2.44.3. Users<br />
Over 1,000.<br />
1.2.44.4. Au<strong>di</strong>ence<br />
Weatherization, Home Energy Raters, Home Performance with Energy Star Contractors, Insulation<br />
and Mechanical contractors, Energy Engineers performing multifamily buil<strong>di</strong>ng energy analysis.<br />
1.2.44.5. Input<br />
Buil<strong>di</strong>ng components libraries are used to input buil<strong>di</strong>ng geometry and thermal characteristics, heating<br />
and cooling equipment and system characteristics, lighting, appliances, ventilation, and hot water.<br />
1.2.44.6. Output<br />
20 user-selected, formatted reports printed <strong>di</strong>rectly by TREAT; generates custom program-designed<br />
reports for weatherization, home performance programs or HERS providers. Exports project data in XML<br />
format which may be uploaded to online database and tracking system.<br />
1.2.44.7. Computer Platform<br />
CPU: Pentium 300 or higher (600 MHz recommended); RAM: 256 MB (512 MB recommended);<br />
operating system: Windows XP and Windows Vista. Internet access required for software registration.<br />
1.2.44.8. Programming Language<br />
Delphi and FORTRAN<br />
1.2.44.9. Strengths<br />
Comprehensive and highly flexible whole buil<strong>di</strong>ng retrofit tool, easy to use graphic user interface<br />
which includes libraries of buil<strong>di</strong>ng components (walls / surfaces, windows, doors, appliances, lighting,<br />
heating and cooling, and hot water). Performs utility billing analysis inclu<strong>di</strong>ng weather normalization.<br />
1.2.44.10. Weaknesses<br />
Not recommended for commercial buil<strong>di</strong>ngs with complex HVAC systems.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.45. TRNSYS<br />
82<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
An energy simulation program whose modular system approach makes<br />
it one of the most flexible tools available. TRNSYS (TRaNsient SYstem<br />
Simulation Program) includes a graphical interface, a simulation engine, and<br />
a library of components that range from various buil<strong>di</strong>ng models to standard<br />
HVAC equipment to renewable energy and emerging technologies.<br />
The components are configured and assembled using a fully integrated<br />
visual interface known as the TRNSYS Simulation <strong>Stu<strong>di</strong></strong>o, and buil<strong>di</strong>ng input<br />
data are entered through a de<strong>di</strong>cated visual interface (TRNBuild). The<br />
simulation engine then solves the system of algebraic and <strong>di</strong>fferential<br />
equations that represent the whole system. In buil<strong>di</strong>ng simulations, all<br />
HVAC-system components are solved simultaneously with the buil<strong>di</strong>ng envelope thermal balance and the air<br />
network at each time step. The program typically uses 1-hour or 15-min time steps but can achieve 0.1-sec<br />
time steps. User-selectable (e.g. hourly and monthly) summaries can be calculated and printed. In ad<strong>di</strong>tion to<br />
a detailed multizone buil<strong>di</strong>ng model, the TRNSYS library includes many of the components commonly<br />
found in thermal and electrical energy systems: solar thermal and photovoltaic systems, low energy buil<strong>di</strong>ngs<br />
and HVAC systems, renewable energy systems, cogeneration, and hydrogen systems (e.g. fuel cells). It also<br />
provides component routines to handle input of weather data or other time- dependent forcing functions and<br />
output of simulation results.<br />
The modular nature of TRNSYS facilitates the ad<strong>di</strong>tion of new mathematical models to the program.<br />
Components can be easily shared between users without recompiling the program thanks to the drop-in DLL<br />
technology. Simple components, control strategies or pre- and post-processing operations can also be<br />
implemented <strong>di</strong>rectly in the input file using simple equations supporting the usual mathematical and logical<br />
operators and can use the (optionally delayed) outputs of other components. In ad<strong>di</strong>tion to the ability to<br />
develop new components in any programming language, the program allows to <strong>di</strong>rectly embed components<br />
implemented using other software (e.g. Matlab/Simulink, Excel/VBA, and EES).<br />
Ad<strong>di</strong>tionally, TRNSYS includes the ability to add HTML-like syntax to any input file. An interpreter<br />
program called TRNSED allows non-TRNSYS users to then view and mo<strong>di</strong>fy a simplified, webpage like<br />
representation of the input file and perform parametric stu<strong>di</strong>es.<br />
1.2.45.1. Validation/Testing<br />
TRNSYS is primarily an equation solving program based on standard numerical techniques. However,<br />
validation does become important for the in<strong>di</strong>vidual components in TRNSYS. See the TRNSYS web site for<br />
validation articles related to TRNSYS or its components.<br />
1.2.45.2. Expertise Required<br />
None to use standard package; FORTRAN knowledge helpful for developing new components.<br />
1.2.45.3. Users<br />
Over 500.<br />
1.2.45.4. Au<strong>di</strong>ence<br />
Engineers, researchers, consulting firms, architects.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.45.5. Input<br />
83<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
The TRNSYS input file, inclu<strong>di</strong>ng buil<strong>di</strong>ng input description, characteristics of system components<br />
and manner in which components are interconnected, and separate weather data (supplied with program) are<br />
all ASCII files. All input files can be generated by using a graphical user interface, known as the Simulation<br />
<strong>Stu<strong>di</strong></strong>o.<br />
1.2.45.6. Output<br />
Basic output format is ASCII. The data included in those files can be life cycle costs; monthly<br />
summaries; annual results; histograms; plotting of desired variables (by time unit). It is also possible toplot<br />
variables online (as the simulation progresses).<br />
1.2.45.7. Computer Platform<br />
Windows 95 or higher (98, NT, 2000, ME etc.) for TRNSYS interface programs. (Distributed source<br />
code will compile and run on any Fortran platform).<br />
1.2.45.8. Programming Language<br />
FORTRAN (although unnecessary for the use of standard components). It is also possible to write<br />
components in C++.<br />
1.2.45.9. Strengths<br />
Due to its modular approach, TRNSYS is extremely flexible for modelling a variety of energy systems<br />
in <strong>di</strong>ffering levels of complexity. Supplied source code and documentation provide an easy method for users<br />
to mo<strong>di</strong>fy or add components not in the standard library; extensive documentation on component routines,<br />
inclu<strong>di</strong>ng explanation, background, typical uses and governing equations; supplied time step, starting and<br />
stopping times allowing choice of modelling periods. The TRNSYS program includes a graphical interface<br />
to drag-and-drop components for creating input files (Simulation <strong>Stu<strong>di</strong></strong>o), a utility for easily creating a<br />
buil<strong>di</strong>ng input file (TRNBuild), and a program for buil<strong>di</strong>ng TRNSYS-based applications for <strong>di</strong>stribution to<br />
non-users (TRNE<strong>di</strong>t). Web-based library of ad<strong>di</strong>tional components and frequent downloadable updates are<br />
also available to users. Extensive libraries of non standard components for TRNSYS are available<br />
commercially from TRNSYS <strong>di</strong>stributors. TRNSYS also interfaces with various other simulation packages<br />
such as COMIS, CONTAM, EES, Excel, FLUENT, GenOpt and MATLAB.<br />
1.2.45.10. Weaknesses<br />
No assumptions about the buil<strong>di</strong>ng or system are made (although default information is provided) so<br />
the user must have detailed information about the buil<strong>di</strong>ng and system and enter this information into the<br />
TRNSYS interface.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.46. UtilityTrac<br />
84<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
UtilityTrac enables the user to au<strong>di</strong>t, track and analyze<br />
utility usage in order to better understand the impact on energy<br />
consumption, identify energy conservation opportunities, track<br />
carbon footprint, and apply for ENERGY STAR®<br />
certification. Features include:<br />
• comprehensive tracking of any commo<strong>di</strong>ty and level of<br />
bill detail,<br />
• facilitates fast, easy and accurate bill entry,<br />
• a set of almost 50 au<strong>di</strong>ts that check bills for various problems with user-defined sensitivity settings,<br />
• automatically updated PowerViews presents usage, cost, demand and unit-cost trend charts,<br />
• calculates the cost avoidance attributable to energy management projects adjusted for variables in<br />
accordance with the U.S. Department of Energy's whole buil<strong>di</strong>ng method of energy savings<br />
measurement and verification,<br />
• provides weather analysis reports with normalized energy usage,<br />
• benchmark and compare similar buil<strong>di</strong>ngs' usage and costs by square foot and a read-only web portal<br />
for users/client to access their utility data,<br />
• powerViews and reports.<br />
1.2.46.1. Validation/Testing<br />
Each release goes through rigorous quality control that includes customer involvement.<br />
1.2.46.2. Expertise Required<br />
Basic knowledge of Microsoft Windows and data entry. Training and online materials are provided.<br />
1.2.46.3. Users<br />
More than 4,000 US and International users.<br />
1.2.46.4. Au<strong>di</strong>ence<br />
Facility Maintenance and Management companies that provide consulting and services to property<br />
owners.<br />
1.2.46.5. Input<br />
Setup data (buil<strong>di</strong>ngs, locations, meters, accounts, etc.), utility bills, measurement and verification<br />
(M&V) baseline adjustments, daily weather data, meter interval data, production or other counter data.<br />
1.2.46.6. Output<br />
Over 200 printable and exportable reports and graphs that present various analysis views of historical<br />
utility use and cost; benchmarking and ranking; results of 47 bill au<strong>di</strong>ts; results of regression analysis of<br />
daily weather versus energy use, applied to baseline period for cost avoidance and M&V; meter interval data;<br />
production measurements; greenhouse gas footprint; and ENERGY STAR® ratings.<br />
1.2.46.7. Computer Platform<br />
Minimum system requirements: Pentium III Processor, 128 MB RAM, Windows 2000 or later, 1 GB<br />
of hard <strong>di</strong>sk space for the program and data, 1024x768 monitor resolution.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.2.46.8. Programming Language<br />
C++<br />
1.2.46.9. Strengths<br />
85<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Enables channel partners to provide allow cost service to their clients. Integrated with FacilityDude's<br />
MaintenanceEdge CMMS service. Flexible, handles all of the energy information needs, utility bill tracking,<br />
integrated interval data tracking and energy management of organizations. The programming team also<br />
developed FASER Energy Accounting, an industry leader since 1982.<br />
1.2.46.10. Weaknesses<br />
Not available to public K-12 school <strong>di</strong>stricts.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.3. Simulatori singole parti del sistema<br />
1.3.1. Apache<br />
86<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Software tool for thermal design & energy simulation related to buil<strong>di</strong>ngs. In design mode, APACHE<br />
covers the calculation of heating, cooling and latent room loads, the sizing of room units, internal comfort<br />
analysis and codes/standards checks. In simulation mode, APACHE performs a dynamic thermal simulation<br />
using hourly weather data. Linked modules deal with the performance of HVAC plant and natural<br />
ventilation. APACHE is a component of the IES Virtual Environment, an integrated computing environment<br />
encompassing a wide range of tasks in buil<strong>di</strong>ng design.<br />
Applications:<br />
• Thermal design (heating, cooling & latent load calculations)<br />
• Equipment sizing<br />
• Codes & standards checks<br />
• Dynamic buil<strong>di</strong>ng thermal performance analysis<br />
• Systems and controls performance<br />
• Energy use<br />
Modules:<br />
• Geometrical modelling, buil<strong>di</strong>ng data input & visualization<br />
• Management of data relating to materials, occupancy, plant operation and climate.<br />
• Sha<strong>di</strong>ng analysis<br />
• Heat Gain calculations<br />
• Heat Loss calculations<br />
• Dynamic thermal simulation<br />
• Natural ventilation & indoor air quality analysis<br />
• HVAC system simulation<br />
• Results presentation & analysis<br />
1.3.1.1. Expertise Required<br />
2 days training is recommended for the basic modules, with ad<strong>di</strong>tional courses available for specific<br />
applications. Available in UK and other countries by arrangement.<br />
1.3.1.2. Users<br />
Many throughout Europe.<br />
1.3.1.3. Au<strong>di</strong>ence<br />
Mechanical buil<strong>di</strong>ng services engineers, local government, buil<strong>di</strong>ng managers & landlords, buil<strong>di</strong>ng<br />
design consultants, architects, and university research and teaching departments.<br />
1.3.1.4. Input<br />
Geometrical buil<strong>di</strong>ng data may be imported from a range of CAD systems via customised links or<br />
DXF files. Geometrical models may alternatively be entered using facilities within the Virtual Environment.<br />
Input of data relating to materials, occupancy, internal gains, climate, air movement and systems is managed<br />
via graphical interfaces and supported by extensive databases.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.3.1.5. Output<br />
87<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
APACHE presents a wide range of outputs in tabular and graphical form. Outputs may be exported in<br />
a variety of common formats.<br />
1.3.1.6. Computer Platform<br />
PC running Windows 95, 98 or NT (3.51 or higher). 100 MB Ram or paging <strong>di</strong>sk. 100 MB <strong>di</strong>sk space.<br />
CD-Rom drive.<br />
1.3.1.7. Programming Language<br />
Visual Basic, C++, Fortran 77<br />
1.3.1.8. Strengths<br />
Operates within an integrated computing environment covering a range of buil<strong>di</strong>ng analysis functions.<br />
Strong links with CAD. Undergoing rapid development, with continuing input from research and engineering<br />
practice. Supported by in-house expertise. Rigorous analysis and visualization of sha<strong>di</strong>ng and solar<br />
penetration. Flexible & versatile system HVAC and controls modelling. Integrated simulation of buil<strong>di</strong>ng<br />
and HVAC systems.<br />
1.3.1.9. Weaknesses<br />
Certain energy systems not covered currently, eg phase-change materials, roof ponds.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.3.2. Buil<strong>di</strong>ng Design Advisor<br />
88<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Software environment that supports the integration of<br />
multiple buil<strong>di</strong>ng models and databases used by analysis and<br />
visualization tools, through a single, object-based representation<br />
of buil<strong>di</strong>ng components and systems. BDA (Buil<strong>di</strong>ng Design<br />
Advisor) acts as a data manager and process controller, allowing<br />
buil<strong>di</strong>ng designers to benefit from the capabilities of multiple<br />
analysis and visualization tools throughout the buil<strong>di</strong>ng design<br />
process. BDA is implemented as a Windows-based application.<br />
The current version includes links to a simplified Daylighting<br />
Computation Module (DCM), a simplified Electric lighting<br />
Computation Module (ECM), and the DOE-2.1E Buil<strong>di</strong>ng Energy Simulation software.<br />
1.3.2.1. Expertise Required<br />
Knowledge of Windows applications.<br />
1.3.2.2. Users<br />
More than 800.<br />
1.3.2.3. Au<strong>di</strong>ence<br />
Architects and engineers, in early design phases.<br />
1.3.2.4. Input<br />
Graphic entry of basic buil<strong>di</strong>ng geometry and space arrangements. Default descriptive and operational<br />
characteristics can be e<strong>di</strong>ted by user.<br />
1.3.2.5. Output<br />
User-selected output parameters <strong>di</strong>splayed in graphic form, inclu<strong>di</strong>ng 2-D and 3-D <strong>di</strong>stributions.<br />
1.3.2.6. Computer Platform<br />
PC-compatible, Windows 95/98/NT/2000, 120 megabytes of hard <strong>di</strong>sk space.<br />
1.3.2.7. Programming Language<br />
C++<br />
1.3.2.8. Strengths<br />
Allows comparison of multiple design solutions with respect to multiple descriptive and performance<br />
parameters. Allows use of sophisticated analysis tools from the early, schematic phases of buil<strong>di</strong>ng design.<br />
Does not require user to have in-depth knowledge to use linked tools for energy, daylighting, etc.<br />
1.3.2.9. Weaknesses<br />
Cannot model sloping roofs and complex 3-D geometry. The current version provides a limited<br />
database of options for buil<strong>di</strong>ng components and systems but a separate tool is available upon request to<br />
define custom components.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.3.3. flixo<br />
89<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
flixo produces thermal-hygro analyses of the component and<br />
facade cross sections, and it also calculates frame U-values, Psi-values<br />
etc. flixo can detect thermal bridges in the planning stage that then can<br />
be eliminated through design changes. Consequently, buil<strong>di</strong>ng failures<br />
can be prevented and heating energy can also be saved. A further use of<br />
flixo is relevant to hygro-analysis, with which, for example, temperature<br />
minima on the internal surfaces of a cross-section can be determined in<br />
order to avoid the formation of condensed water or mildew. flixo analyzes two-<strong>di</strong>mensional component<br />
nodes based on free forms for steady state boundary con<strong>di</strong>tions using the finite element method.<br />
1.3.3.1. Validation/Testing<br />
The software is validated and conforms to both two-<strong>di</strong>mensional cases of ISO 10211:2007, Annex A.<br />
The test cases are available on http://www.flixo.com. The software is validated conform the ten cases of ISO<br />
10077:2003, Annex D. The test cases are available on http://www.flixo.com.<br />
1.3.3.2. Expertise Required<br />
A basic understan<strong>di</strong>ng of heat transfer and material properties is helpful.<br />
1.3.3.3. Users<br />
More than 1000 users in various countries.<br />
1.3.3.4. Au<strong>di</strong>ence<br />
Buil<strong>di</strong>ng product developers, designers, researchers and engineers.<br />
1.3.3.5. Input<br />
Built-in graphic e<strong>di</strong>tor with CAD functionality for defining the geometry, materials and boundary<br />
con<strong>di</strong>tions. CAD-data import using DXF and SVG-formats. Component databases and more than 1000<br />
material entries from <strong>di</strong>fferent standards. Several wizards for defining air cavities accor<strong>di</strong>ng to EN ISO<br />
10077-2, boundary con<strong>di</strong>tions accor<strong>di</strong>ng to EN ISO 10077-2, glazings, screws accor<strong>di</strong>ng to EN 13947 etc.<br />
1.3.3.6. Output<br />
Predefined and fully configurable reports using document templates speeds up the analysis process.<br />
Various results like: isotherms and temperature colour images of any buil<strong>di</strong>ng detail for qualitative thermal<br />
assessment and optimization, temperatures at freely determined design points, heat flux density at freely<br />
determined design points, minimum and maximum surface temperatures at freely determined design<br />
boundaries and critical room humi<strong>di</strong>ty for the assessment of possible mildew formation and condensation<br />
problems, heat flow at freely determined boundary lines, thermal transmission coefficients for quantifying<br />
thermal bridging effects 'U-value' and the length-related 'psi-value', frame U-value accor<strong>di</strong>ng to EN ISO<br />
10077-2, Psi edge values accor<strong>di</strong>ng to 10077-2, Psi joint values accor<strong>di</strong>ng to EN 13947, U joint value<br />
accor<strong>di</strong>ng to EN 13947.<br />
1.3.3.7. Computer Platform<br />
Windows 2000/XP/Vista
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.3.3.8. Programming Language<br />
C++<br />
1.3.3.9. Strengths<br />
90<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Easy to use with a lot of wizards, integration into the Windows environment using the known<br />
conventions, reporting function with integrated desktop publishing functionality, interoperability with other<br />
Windows application, finite element method with automatic mesh refinement.<br />
1.3.3.10. Weaknesses<br />
Limited to 2D heat transfer analysis.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.3.4. HEED<br />
91<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
This user-friendly energy design tool shows how much money you can save<br />
by making changes to your home. It also shows how much greenhouse gas<br />
(inclu<strong>di</strong>ng CO2) it accounts for, and its annual total energy consumption. HEED<br />
(Home Energy Efficient Design) works equally well for remodelling projects or<br />
designing new buil<strong>di</strong>ngs.<br />
You begin by giving four facts about your buil<strong>di</strong>ng, and the expert system<br />
creates two base case buil<strong>di</strong>ngs, one that meets the energy code and another that<br />
incorporates more energy efficiency features. Then you can copy one of these and<br />
begin to create your own unique designs. First draw in your home's proposed floorplan, rotate it to the<br />
correct orientation, then click and drag windows to their exact location on each facade. Copy this to<br />
successive schemes and try out various passive solar and energy efficient design strategies such as window<br />
sha<strong>di</strong>ng, thermal mass, night ventilation, and high performance glazing, etc.<br />
For basic users the easy-to-understand bar chart shows how the energy coat, annual energy<br />
consumption, or CO2 production will change for each <strong>di</strong>fferent design. For experienced users there are<br />
detailed data input options, plus dozens of 3D graphic outputs that reveal subtle <strong>di</strong>fferences in buil<strong>di</strong>ng<br />
performance. Clients will especially appreciate how HEED’s various graphics outputs clearly show the<br />
benefits of good energy efficient design.<br />
Although HEED was developed for ratepayers in California, your own local utility rates and<br />
greenhouse gas factors can be loaded. EnergyPlus climate data files for sites around the world can be read in<br />
<strong>di</strong>rectly (see read-usa.txt in the download docs folder).<br />
1.3.4.1. Validation/Testing<br />
HEED has been validated against the ASHRAE Standard 140, HERS BESTest Tier 1 and Tier 2, and<br />
in a five year experimental test cell program. It has also been validated in actual instrumented occupied low<br />
income housing units over two summers.<br />
1.3.4.2. Expertise Required<br />
Special expertise is required in the Basic Design section, so homeowners and ratepayers will recognize<br />
all the terms. The Advanced Design and Evaluation sections are intended for designers, builders and<br />
contractors familiar with energy efficiency issues, and for energy consultants and engineers working on<br />
smaller buil<strong>di</strong>ngs.<br />
1.3.4.3. Users<br />
As of January 2008 there were 14,792 users. A survey in April 2002 showed 16 % of the users were in<br />
Southern California, 7% were elsewhere in California, 48% were elsewhere in the US, and the remaining<br />
29% were in another country.<br />
1.3.4.4. Au<strong>di</strong>ence<br />
Homeowners and ratepayers will be comfortable with the Basic Design section of HEED which<br />
requires no special vocabulary or expertise. Designers and Energy Consultants, familiar with energy<br />
efficiency issues, will appreciate the features of the Advanced Design and Evaluation sections.<br />
1.3.4.5. Input<br />
To start HEED only four facts are required: location, buil<strong>di</strong>ng type, square footage, and number of<br />
stories. With this the expert system creates the two base case buil<strong>di</strong>ngs called "Meets Energy Code" and
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
92<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
"More Energy Efficient". From this point users can copy and revise up to seven more schemes to more<br />
precisely represent their buil<strong>di</strong>ng and to test various energy design alternatives. Floor plans can be easily<br />
drawn in using HEED’s fill-in-the-squares technique. Windows can be clicked and dragged to their correct<br />
size and location on each façade. The buil<strong>di</strong>ng can be graphically rotated to its correct orientation (see screen<br />
shots). The Basic Design information is input by click and drag or by selecting from check lists. The<br />
Advanced Design inputs are tabular inputs for all variables in the program inclu<strong>di</strong>ng thermal characteristics,<br />
<strong>di</strong>mensions, schedules, etc.<br />
1.3.4.6. Output<br />
HEED is unique in that all of its performance data is presented graphically, in a wide array of formats.<br />
The basic output is a bar chart of fuel and electricity annual costs using local utility rates for up to nine<br />
<strong>di</strong>fferent schemes. This bar chart can also show comparative annual energy consumption and the CO2<br />
production, and total annual (site) energy consumption. Advanced outputs includes 3D plots for each hour of<br />
dozens of <strong>di</strong>fferent variables inclu<strong>di</strong>ng heat gain an loss for sixteen elements of the buil<strong>di</strong>ng's total load, plus<br />
outdoor and indoor air temperatures, air change rate, furnace and air con<strong>di</strong>tioner outputs, power for lights<br />
and for fans, and gas and electricity costs.<br />
1.3.4.7. Computer Platform<br />
HEED runs on all versions of Windows from 95 to Vista, and also on Mac OS 10.2 or later.<br />
1.3.4.8. Programming Language<br />
HEED graphic user interface is written in Java and C++. The Solar-5 computation kernel is written in<br />
Fortran.<br />
1.3.4.9. Strengths<br />
HEED's strengths are ease of use, simplicity and clarity of input data, a wide array of graphic output<br />
techniques, computational speed, and the ability to quickly compare multiple design alternatives. It can<br />
calculate the window-specific daylight reduction of electric lighting loads. It includes an intelligent wholehouse<br />
fan thermostat and window-dependent operable solar controls. HEED calculates the air pollution<br />
implications of design decisions. It can automatically manage up to nine schemes which can be assembled<br />
into any number of projects.<br />
1.3.4.10. Weaknesses<br />
Works best for single-zone buil<strong>di</strong>ngs, although it can aggregate up to four a<strong>di</strong>abatic zones. It has<br />
generic HVAC systems. Operating schedules in the current version are limited to residential buil<strong>di</strong>ngs. It<br />
contains utility rates for California’s five major utilities, but they can be user-mo<strong>di</strong>fied for most types of rate<br />
structures. HEED comes with climate data for all 16 California Climate Zones, both of which can be<br />
accessed for hundreds of California zip codes. HEED can also <strong>di</strong>rectly read Energy Plus climate data for<br />
over a thousand sites around the world (see read-usa.txt).
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.3.5. HOMER<br />
93<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Evaluates design options for both off-grid and gridconnected<br />
power systems for remote, stand-alone, and<br />
<strong>di</strong>stributed generation (DG) applications. HOMER's<br />
optimization and sensitivity analysis algorithms allow<br />
you to evaluate the economic and technical feasibility of<br />
a large number of technology options and to account for variation in technology costs and energy resource<br />
availability. HOMER models both conventional and renewable energy technologies.<br />
1.3.5.1. Validation/Testing<br />
Validation results are available upon request.<br />
1.3.5.2. Expertise Required<br />
Basic familiarity with Windows and the technology of small power systems.<br />
1.3.5.3. Users<br />
3000 users in 142 countries. Approximately 1/3 are in the U.S., 1/3 in other OECD countries, and 1/3<br />
in the rest of the world.<br />
1.3.5.4. Au<strong>di</strong>ence<br />
System designers, rural electrification program planners, policy, market and technology analysts for<br />
<strong>di</strong>stributed and small power technologies.<br />
1.3.5.5. Input<br />
Load profiles for the application of interest, renewable resource data (although the software makes<br />
some of that available), local installed costs for technology components.<br />
1.3.5.6. Output<br />
HOMER has a huge quantity of output data in tabular and graphic format, inclu<strong>di</strong>ng sensitivity<br />
analyses, hourly operational data and comparative economics for competing system architectures.<br />
1.3.5.7. Computer Platform<br />
Windows<br />
1.3.5.8. Programming Language<br />
Visual C++<br />
1.3.5.9. Strengths<br />
Compares <strong>di</strong>fferent technologies inclu<strong>di</strong>ng hybrids. Considers storage. Considers seasonal and daily<br />
variations in loads and resources. Designed as optimization model for sensitivity analyses. Performs dozens<br />
of 8760 hour annual simulations per second. Great graphical outputs.<br />
1.3.5.10. Weaknesses<br />
Does not consider intra-hour variability. Does not consider variations in bus voltage.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.3.6. I-BEAM<br />
94<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Educational software and buil<strong>di</strong>ng management tool that integrates indoor air<br />
quality (IAQ), energy efficiency and buil<strong>di</strong>ng economic concepts. I-BEAM provides<br />
comprehensive guidance for managing and assessing IAQ in offices, schools,<br />
universities and various public and institutional facilities.<br />
I-BEAM features easy-to-read and informative text and animations. This<br />
material brings together information from a variety of expert sources in a style that is<br />
crisp, to the point, and action-oriented. I-BEAM also offers estimation modules that<br />
are designed for planning IAQ activities, calculating and recor<strong>di</strong>ng IAQ-related expenses, estimating their<br />
impact on revenues and productivity, and developing reports. Forms and checklists are provided for buil<strong>di</strong>ng<br />
au<strong>di</strong>t, daily and perio<strong>di</strong>c maintenance, <strong>di</strong>agnosing and solving problems, and managing for IAQ. Users may<br />
access and print educational text and forms in PDF, or as word processing documents.<br />
1.3.6.1. Expertise Required<br />
None.<br />
1.3.6.2. Users<br />
Approximately 40,000 in<strong>di</strong>viduals have requested or downloaded I-BEAM.<br />
1.3.6.3. Au<strong>di</strong>ence<br />
Buil<strong>di</strong>ng managers, operators, architects, engineers, school officials<br />
1.3.6.4. Input<br />
Basic buil<strong>di</strong>ng parameters (size, occupancy, costs, finances etc.) required for the buil<strong>di</strong>ng economic<br />
estimations only.<br />
1.3.6.5. Output<br />
For buil<strong>di</strong>ng economic estimations only, software provides cost and revenue time streams, cost-benefit<br />
ratios.<br />
1.3.6.6. Computer Platform<br />
PC with Windows 95 or later.<br />
1.3.6.7. Programming Language<br />
N/A<br />
1.3.6.8. Strengths<br />
Comprehensive, easy to understand, useful tools for managing IAQ in buil<strong>di</strong>ngs.<br />
1.3.6.9. Weaknesses<br />
Estimates are not definitive, useful primarily for comparison between scenarios.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.3.7. Opaque<br />
Draws a detail of wall or roof sections, calculates Uvalue,<br />
timelag, and decrement factor. It plots temperature drop<br />
through the section. Draws 2-D daily and 3-D annual plots of<br />
outdoor and sol-air temperatures, normal and total surface<br />
ra<strong>di</strong>ation, and heat flow through the envelope. It was originally<br />
called SOLAR-3.<br />
1.3.7.1. Expertise Required<br />
Intended to be self-instructional; requires only basic<br />
familiarity with computers and architectural vocabulary.<br />
1.3.7.2. Users<br />
95<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Estimated in the hundreds; known to run in many schools of architecture in the U.S. and in dozens of<br />
architectural firms.<br />
1.3.7.3. Au<strong>di</strong>ence<br />
Students of architecture, architects.<br />
1.3.7.4. Input<br />
Layers of wall or roof section, thermal characteristics of materials.<br />
1.3.7.5. Output<br />
Section detail drawing, graphic performance plots.<br />
1.3.7.6. Computer Platform<br />
PC-compatible, or any DOS machine.<br />
1.3.7.7. Programming Language<br />
The .EXE file runs under DOS or Windows<br />
1.3.7.8. Strengths<br />
User-friendly, highly graphic.<br />
1.3.7.9. Weaknesses<br />
Limited set of buil<strong>di</strong>ng materials.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.3.8. PV-DesignPro<br />
96<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Simulates photovoltaic system operation on an hourly basis<br />
for one year, based on a user selected climate and system design.<br />
PV-DesignPro is recommended for designs that include battery<br />
storage that can be both standalone systems with generator<br />
backup, or utility interconnected systems. Systems with no battery<br />
storage can be modelled using special instructions. The purpose of<br />
the program is to aid in photovoltaic system design by provi<strong>di</strong>ng<br />
accurate and in-depth information on likely system power output<br />
and load consumption, necessary backup power during the<br />
operation of the system, and the financial impacts of installing the<br />
proposed system. It is <strong>di</strong>rected at in<strong>di</strong>viduals who consider themselves as professional PV system designers,<br />
but has been designed in such a way as to make it possible for a novice designer to evaluate a system design.<br />
The program CD-ROM includes a climate database of 239 locations in the continental U.S, Alaska, Hawaii,<br />
Puerto Rico, and Guam and a Worldwide Hourly Climate Generator Program that generates hourly climates<br />
for 2,132 global locations from monthly data. Also, SolarPro 2.0 solar water heating program is included.<br />
Users can select climates simply by browsing the various files in the climate window. Users can also create<br />
their own climate files based on data they have available for other sites. Six types of panel surface tracking<br />
are incorporated into the program: fixed slope and axis, tracking on a horizontal east-west axis, tracking on a<br />
horizontal north-south axis, tracking on a vertical axis with a fixed slope, tracking on a north-south axis<br />
parallel to the Earth's axis, and continuous tracking on two axes. Panel sha<strong>di</strong>ng information can also be<br />
entered. See website for details.<br />
1.3.8.1. Validation/Testing<br />
NIST (see web site)<br />
1.3.8.2. Expertise Required<br />
Knowledge of electrical design, PV basics.<br />
1.3.8.3. Users<br />
Over 3000 worldwide, inclu<strong>di</strong>ng college Alternative Energy Program. Released June 1998.<br />
1.3.8.4. Au<strong>di</strong>ence<br />
PV system design professionals, architects, engineers, energy offices, universities, students.<br />
1.3.8.5. Input<br />
Windows 2000-based interface. Electrical system load by hour for weekdays, weekends, and holidays.<br />
Panel type from database, number of parallel connections and series strings of similar panels; battery backup<br />
charging parameters; AC inverter requirements, climate file.<br />
1.3.8.6. Output<br />
Solar Fraction charts by month, battery states of charge by month (maximum, average, minimum),<br />
annual performance table (energy produced, necessary backup, and states-of-charge), prospective cash-flows<br />
of purchased and sold energy, system costs, costs of backup energy, prices of sold energy, maintenance and
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97<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
replacement costs, and the estimated life of the system. A rate of return is calculated, as is an overall price<br />
per kWh of the system, and pay back years.<br />
1.3.8.7. Computer Platform<br />
Windows 2000, 16 MB RAM, CD-ROM Drive, 300 MB free hard drive space (mainly for the climate<br />
files), and Pentium or faster processor.<br />
1.3.8.8. Programming Language<br />
Visual Basic 5.0<br />
1.3.8.9. Strengths<br />
Most information needed for PV designs included in program databases.<br />
1.3.8.10. Weaknesses<br />
Relatively high level of PV expertise recommended.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.3.9. RETScreen<br />
98<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Software for evaluating energy production and<br />
savings, costs, emission reductions, financial viability<br />
and risk for various types of Renewable-energy and<br />
Energy-efficient Technologies (RETs). The software<br />
(available in multiple languages) also includes product, project, hydrology and climate databases, a detailed<br />
user manual, and a case study based college/university-level training course, inclu<strong>di</strong>ng an engineering etextbook.<br />
In RETScreen Version 4, the software's capabilities include renewable energy, cogeneration and<br />
<strong>di</strong>strict energy, plus a full array of financially viable clean power, heating and cooling technologies, and<br />
energy efficiency measures. The international appeal of this decision support tool has been improved through<br />
the expansion of climate data, required by the tool, covering the entire surface of the planet, inclu<strong>di</strong>ng<br />
central-grid, isolated-grid and off-grid areas, as well as through the translation of the software into 25<br />
languages that cover roughly 2/3 of the world's population.<br />
1.3.9.1. Validation/Testing<br />
Tested against several programs all test results available in program.<br />
1.3.9.2. Expertise Required<br />
None, training material included in software.<br />
1.3.9.3. Users<br />
>135,000 worldwide in 222 countries.<br />
1.3.9.4. Au<strong>di</strong>ence<br />
Engineers, architects, technologists, planners, facility managers and educators.<br />
1.3.9.5. Input<br />
Project dependent input in spreadsheet format. Climate data and product data included in software.<br />
Default and suggested values for all inputs via manual or project database.<br />
1.3.9.6. Output<br />
Energy balance, emission analysis, financial analysis, etc. All outputs are in Excel and can be copied,<br />
printed or saved to PDF format.<br />
1.3.9.7. Computer Platform<br />
Windows 2000, XP, Vista<br />
1.3.9.8. Programming Language<br />
Excel, Visual Basic, C#<br />
1.3.9.9. Strengths<br />
Easy completion of feasibility stu<strong>di</strong>es for renewable energy and energy efficiency technologies.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.3.10. Right-Suite Residential for Windows<br />
All-in-one HVAC software performs residential loads<br />
calculations, duct sizing, energy analysis, equipment selection, cost<br />
comparison calculations, and geothermal loop design.<br />
Also allows you to design your own custom proposals. Used<br />
for system design, for sales representation, and for quotation<br />
preparations.<br />
1.3.10.1. Expertise Required<br />
Knowledge of general HVAC concepts. High level of<br />
computer literacy not required.<br />
1.3.10.2. Users<br />
Over 10,000 users of Right-J loads.<br />
1.3.10.3. Au<strong>di</strong>ence<br />
99<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
HVAC contractors and other design and sales professionals in the industry.<br />
1.3.10.4. Input<br />
Buil<strong>di</strong>ng description - <strong>di</strong>mensions and construction details, all data from Air Con<strong>di</strong>tioning Contractors<br />
of America (ACCA) tables selectable from multiple choice list.<br />
1.3.10.5. Output<br />
Screen representations and printouts of ACCA forms and ad<strong>di</strong>tional printed reports, can link to<br />
Microsoft Word for custom proposals.<br />
1.3.10.6. Computer Platform<br />
Windows 3.1x or Windows 95, 486 or higher, minimum 8 MB RAM, 21 MB hard <strong>di</strong>sk space (for all<br />
options), mouse, 3.5-inch <strong>di</strong>skette drive, any printer supported by Windows.<br />
1.3.10.7. Programming Language<br />
C/C++<br />
1.3.10.8. Strengths<br />
On-screen images of standard load forms are easy to fill in. Since loads and sizes are instantly<br />
recalculated instantly whenever input is changed, users can play "What if?" at a high level.<br />
Because Loads, Duct Sizing, and Operating Costs are all within the same program, changing any input<br />
in loads instantly updates the duct system and operating costs. Pie charts and bar charts give easy graphic<br />
<strong>di</strong>splay of load components and system comparisons.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.3.11. SolarDesignTool<br />
100<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
SolarDesignTool is a Web site that allows<br />
people to design solar electric grid-tied systems online.<br />
It offers two tools for creating a photovoltaic (PV)<br />
system design.<br />
The first prompts the user to supply basic design and site parameters and then generates a list of all<br />
possible system configurations for those parameters. The user can then select a few configurations, compare<br />
them, and then save one or more to a project.<br />
The second allows the user to build a system design by specifying the details of each array<br />
configuration. For example, to create a system with two inverters, the user would first provide the<br />
temperature range and utility voltage. The user would then add an inverter and array, which involves<br />
selecting an inverter, module, and string configuration. The user would then repeat the process for the second<br />
inverter. The tool also allows the user to define any number of roof faces and requires that the array fit within<br />
those defined areas.<br />
1.3.11.1. Validation/Testing<br />
The tool performs no energy production estimates or simulations at this time.<br />
1.3.11.2. Expertise Required<br />
This tool is geared toward novices and experts in the industry. The user should have some basic<br />
knowledge about designing grid-tied systems.<br />
1.3.11.3. Users<br />
1000, mostly in the United States.<br />
1.3.11.4. Au<strong>di</strong>ence<br />
PV system designers, installers, integrators, and <strong>di</strong>stributors and retailers of PV equipment.<br />
1.3.11.5. Input<br />
• Utility voltage<br />
• Sizing method (desired power output, desired output and requirement that the array fit within defined<br />
areas, largest system that will fit on roof)<br />
• Record low temperature and average high temperature of project site (in Celsius or Fahrenheit)<br />
• Output range (in Watts or kW)<br />
• Dimensions of roof faces (metric or English)<br />
• Mounting method (flush roof, tilted array, pole/ground mount)<br />
1.3.11.6. Output<br />
List of all possible systems for supplied inputs. The user can select a few systems and compare the<br />
specs of those systems in a comparison table. Users with an Expert account can then save the system and<br />
view a summary report that includes:<br />
• Record low temperature and average high temperature of installation site<br />
• STC DC output of array<br />
• PTC DC output of array<br />
• CEC output of array
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101<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
• Number<br />
• Model names and specs for inverters and modules<br />
• Area of array<br />
• Maximum AC output current<br />
• Dimensions of each roof face<br />
• Array layout<br />
• Distances of each row of modules<br />
• Basic schematics of the roof, inclu<strong>di</strong>ng length and width <strong>di</strong>mensions of the roof faces and layouts. The<br />
report is available in HTML and PDF formats.<br />
1.3.11.7. Computer Platform<br />
It is an online Web application. The users do not need to install anything on their computers. The site<br />
has been tested using Google Chrome, Firefox 3.5, Internet Explorer 7 and 8, and Apple Safari. It does not<br />
work with Internet Explorer 6.<br />
1.3.11.8. Programming Language<br />
The Web application is written in Java, but the users do not need Java installed on their computers.<br />
1.3.11.9. Strengths<br />
Quickly determines valid inverter module configurations and confirms whether the array will fit<br />
within the defined roof area. Paginated PDF system summary report.<br />
1.3.11.10. Weaknesses<br />
The tool does not perform energy production estimates (kilowatt-hours per month or year).
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.3.12. Therm<br />
Analysis of two-<strong>di</strong>mensional heat transfer through buil<strong>di</strong>ng<br />
products. Includes a graphical user interface that allows users to<br />
draw cross sections of fenestration and other buil<strong>di</strong>ng products,<br />
which can then be analyzed by an automatic mesh generator and<br />
finite-element heat transfer algorithms. Results are <strong>di</strong>splayed<br />
graphically.<br />
1.3.12.1. Expertise Required<br />
Understan<strong>di</strong>ng of heat flows through buil<strong>di</strong>ng products;<br />
knowledge of properties of materials useful.<br />
1.3.12.2. Users<br />
Version 5.2 in use by over 1000 users internationally.<br />
1.3.12.3. Au<strong>di</strong>ence<br />
102<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Buil<strong>di</strong>ng product developers, designers, analysts determining window ratings (NFRC).<br />
1.3.12.4. Input<br />
Graphic user interface; user enters cross sections of the buil<strong>di</strong>ng products, can read .DXF files and<br />
bitmaps.<br />
1.3.12.5. Output<br />
U-factors, isotherms, colour-flooded isotherms, heat-flux vector plot, and colour-flooded lines of<br />
constant flux.<br />
1.3.12.6. Computer Platform<br />
Requires Windows 98, Windows NT, Windows 2000, or Windows XP. Pentium or better. At least<br />
64MB of random access memory (RAM), 128 MB of RAM is preferred for optimum operation. Hard <strong>di</strong>sk<br />
drive with at least 15 megabytes of available <strong>di</strong>sk space.<br />
1.3.12.7. Programming Language<br />
C, FORTRAN<br />
1.3.12.8. Strengths<br />
State-of-the-art user interface; automatic meshing/re-meshing completely user transparent; advanced<br />
ra<strong>di</strong>ation and convection models can be incorporated into the finite element analysis algorithms used. The<br />
current version is 32-bit, which is faster than previous versions.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.3.13. VisualDOE<br />
103<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
A Windows interface to the DOE-2.1E energy simulation<br />
program. Through the graphical interface, users construct a<br />
model of the buil<strong>di</strong>ng's geometry using standard block shapes,<br />
using a built-in drawing tool, or importing DXF files. Buil<strong>di</strong>ng<br />
systems are defined through a point-and-click interface. A library<br />
of constructions, fenestrations, systems and operating schedules<br />
is included, and the user can add custom elements as well.<br />
VisualDOE is especially useful for stu<strong>di</strong>es of envelope and<br />
HVAC design alternatives. Up to 99 alternatives can be defined<br />
for a single project. Summary reports and graphs may be printed <strong>di</strong>rectly from the program. Hourly reports<br />
of buil<strong>di</strong>ng parameters may also be viewed.<br />
1.3.13.1. Expertise Required<br />
Basic experience with Windows programs is important. Familiarity with buil<strong>di</strong>ng systems is desirable<br />
but not absolutely necessary. One to two days of training is also desirable but not necessary for those familiar<br />
with buil<strong>di</strong>ng modelling.<br />
1.3.13.2. Users<br />
1000+, US and 34 other countries.<br />
1.3.13.3. Au<strong>di</strong>ence<br />
Mechanical/electrical/energy engineers and architects working for architecture/engineering firms,<br />
consulting firms, utilities, federal agencies, research universities, research laboratories, and equipment<br />
manufacturers.<br />
1.3.13.4. Input<br />
Required inputs include floor plan, occupancy type, and location. These are all that is required to run a<br />
simulation. Typically, however, inputs include wall, roof and floor constructions; window area and type;<br />
HVAC system type and parameters; and lighting and office equipment power. Smart defaults are available<br />
for HVAC systems based on the buil<strong>di</strong>ng vintage and size. A library and templates are provided to greatly<br />
ease user input.<br />
1.3.13.5. Output<br />
Produces input and output summary reports that may be viewed on-screen, stored as PDF files, or<br />
printed. A number of graphs may be viewed and printed. These graphs can compare selected alternatives<br />
and/or selected hourly variables. Standard DOE-2.1E reports and hourly reports are available.<br />
1.3.13.6. Computer Platform<br />
Windows 95/98/NT/ME/2000/XP. 486 or better, 16MB+ RAM, 50MB hard drive space.<br />
1.3.13.7. Programming Language<br />
Visual Basic and Visual C++
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.3.13.8. Strengths<br />
104<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Allows rapid development of energy simulations, dramatically reducing the time required to build a<br />
DOE-2 model. Specifying the buil<strong>di</strong>ng geometry is much faster than other comparable software, making<br />
VisualDOE useful for schematic design stu<strong>di</strong>es of the buil<strong>di</strong>ng envelope or HVAC systems. Uses DOE-2 as<br />
the simulation engine--an industry standard that has been shown to be accurate; implements DOE-2's<br />
daylighting calculations; allows input in SI or IP units; imports CADD data to define thermal zones. For<br />
advanced users, allows e<strong>di</strong>ting of equipment performance curves. Displays a 3D image of the model to help<br />
verify accuracy. Allows simple management of up to 99 design alternatives. Experienced DOE-2 users can<br />
use VisualDOE to create input files, mo<strong>di</strong>fy them, and run them from within the program. The interface is<br />
designed to be able to incorporate other energy simulation engines like EnergyPlus. A live update program<br />
can be used to check and install latest updates via the internet. Responsive technical support is provided.<br />
Perio<strong>di</strong>c training sessions are available.<br />
1.3.13.9. Weaknesses<br />
VisualDOE implements about 95% of DOE-2.1E functionalities which is adequate for most users.<br />
Advanced users familiar with DOE-2.1E can implement the remaining 5% features by mo<strong>di</strong>fying the DOE-2<br />
input files generated by VisualDOE.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
1.4. Confronto tra i programmi più usati<br />
1.4.1. Introduzione<br />
105<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
I programmi sopra riportati descrivono in maniera sintetica le potenzialità e le caratteristiche dei<br />
programmi più, utilizzati secondo il numero <strong>di</strong> utenti.<br />
Di tutti i programmi descritti, l’articolo Contrasting the capabilities of buil<strong>di</strong>ng energy performance<br />
simulation programs (Crawley, Hand, Kummert and Griffith, 2005) fa un’analisi dettagliata dei 20<br />
programmi più conosciuti e stu<strong>di</strong>ati, che sono: BLAST, Bsim, DeST, DOE-2.1E, ECOTECT, Ener-Win,<br />
Energy Express, Energy-10, EnergyPlus, e-QUEST, ESP-r, HAP, HEED, IDA ICE, IES,<br />
PowerDomus, SUNREL, Tas, TRACE e TRNSYS e li mette a confronto.<br />
Di seguito si riportano 14 tabelle che si trovano nella parte finale dell’articolo, le quali riportano in<br />
modo schematico il confronto tra i programmi analizzati secondo le caratteristiche generali, i tipi <strong>di</strong> input che<br />
si possono inserire, i risultati in output, le convalide e i programmi che si possono interfacciare ai simulatori.<br />
1.4.2. Tabelle <strong>di</strong> confronto
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
106<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
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107<br />
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108<br />
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113<br />
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114<br />
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115<br />
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116<br />
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117<br />
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118<br />
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119<br />
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120<br />
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121<br />
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122<br />
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Versione 1<br />
2. METODOLOGIE DI VALUTAZIONE ENERGETICA<br />
2.1. Introduzione<br />
La misura del’energia è senza dubbio tra le misure più complesse nella metrologia, sia per<br />
l’impossibilità <strong>di</strong> effettuare misure <strong>di</strong>rette che per le <strong>di</strong>verse forme da essa assunte e che abbracciano gli<br />
ambiti della metrologia meccanica, termica, elettrica e chimica.<br />
Le metodologie adottate per eseguire una valutazione energetica si possono <strong>di</strong>videre i due macroaree,<br />
a loro volta sud<strong>di</strong>vise in sottocategorie.<br />
2.1.1. Meto<strong>di</strong> <strong>di</strong> valutazione teorici<br />
Si valutano i consumi energetici dell’e<strong>di</strong>ficio senza eseguire misure ma solo con l’uso <strong>di</strong> meto<strong>di</strong><br />
statistici o <strong>di</strong> calcolo che partono entrambi dalle informazioni che si possono ricavare inizialmente<br />
dell’e<strong>di</strong>ficio.<br />
2.1.1.1. Statistici<br />
Partendo dalla conoscenza <strong>di</strong> alcune informazioni sulla struttura, si può eseguire un’analisi atta a<br />
stabilire l’or<strong>di</strong>ne <strong>di</strong> grandezza dei consumi energetici per l’e<strong>di</strong>ficio in esame: conoscendo l’anno <strong>di</strong><br />
costruzione e le tipologie <strong>di</strong> strutture si può assumere un valore <strong>di</strong> trasmittanza corrispondente e derivarne i<br />
consumi. Successivamente, si può aumentare l’accuratezza della stima cercando altre informazioni<br />
riguardanti l’impianto, i ponti termici e gli apporti gratuiti, utili per stimare in maniera più precisa i consumi.<br />
2.1.1.2. Me<strong>di</strong>ante programmi <strong>di</strong> calcolo<br />
E’ una valutazione più dettagliata rispetto alla precedente in quanto con l’uso <strong>di</strong> programmi <strong>di</strong><br />
simulazione. Alla base <strong>di</strong> tutti i programmi <strong>di</strong> simulazione ci sono i meto<strong>di</strong> <strong>di</strong> risoluzione (alle <strong>di</strong>fferenze<br />
finite o agli elementi finiti) utilizzati per risolvere le equazioni <strong>di</strong> scambio termico che, a loro volta, possono<br />
essere sviluppati per una simulazione nel piano (2D) o nello spazio (3D).<br />
I <strong>di</strong>versi programmi <strong>di</strong> simulazione sono poi sviluppati con <strong>di</strong>versi linguaggi <strong>di</strong> programmazione (C,<br />
C++, Fortran, Java, …).<br />
Una volta sviluppato il simulatore l’analisi viene effettuata inserendo tutti i dati richiesti dal<br />
programma in input (<strong>di</strong>versi a seconda del tipo <strong>di</strong> simulazione che si vuole effettuare) e si determinano in<br />
output i risultati voluti.<br />
Importante stabilire il tipo <strong>di</strong> metodologia da utilizzare perché in base al livello <strong>di</strong> dettaglio si ha anche<br />
una precisione maggiore dei risultati:<br />
• valutazione statistica: precisione annuale o mensile<br />
• valutazione con programmi <strong>di</strong> calcolo: precisione oraria<br />
2.1.2. Meto<strong>di</strong> <strong>di</strong> valutazione pratici<br />
Si valutano i consumi energetici dell’e<strong>di</strong>ficio attraverso la misura <strong>di</strong>retta o attraverso rilievi in opera a<br />
integrazione delle simulazioni energetiche:<br />
2.1.2.1. Valutazione a consuntivo con bollette<br />
Nel caso <strong>di</strong> una <strong>di</strong>agnosi basata sulla stima dei flussi energetici reali è possibile utilizzare sistemi <strong>di</strong><br />
monitoraggio continui quali:<br />
• contatori <strong>di</strong> gas, per la misura dell’energia primaria consumata;<br />
• contatori <strong>di</strong> energia termica, per la determinazione delle quantità <strong>di</strong> energia termica;
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
123<br />
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• contatori <strong>di</strong> energia elettrica, per la misura dell’energia elettrica consumata;<br />
• SAD e centraline microclimatiche, per la stima delle con<strong>di</strong>zioni microclimatiche.<br />
In tale contesto risulta spesso vaga la <strong>di</strong>stribuzione dei carichi in funzione dei <strong>di</strong>versi servizi.<br />
2.1.2.2. Simulazioni energetiche integrate da misure<br />
Nel caso <strong>di</strong> una <strong>di</strong>agnosi basata sul calcolo dei flussi energetici è spesso necessario misurare le<br />
caratteristiche termofisiche dell’e<strong>di</strong>ficio. Le misure risultano utili per un’accurata stima delle prestazioni<br />
reali dei componenti d’involucro e d’impianto, al fine <strong>di</strong> inserire dati <strong>di</strong> input più realistici nelle valutazioni<br />
teoriche sopra menzionate. Le principali misure consistono nella rilevazione con:<br />
• termoflussimetri, per le misure <strong>di</strong> trasmittanza delle pareti opache;<br />
• termocamere, per stimare qualitativamente i ponti termici;<br />
• blower door test, per stimare le per<strong>di</strong>te per infiltrazione.<br />
La descrizione delle metodologie per la valutazione energetica è la base per definire successivamente<br />
l’au<strong>di</strong>t energetico.<br />
Partendo dallo stato attuale dell’e<strong>di</strong>ficio, in<strong>di</strong>viduato con le metodologie appena descritte, per au<strong>di</strong>t<br />
energetico si intendono tutti i miglioramenti che si possono effettuare per realizzare un effettivo risparmio<br />
energetico e <strong>di</strong> conseguenza economico nell’e<strong>di</strong>ficio.
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2.2. Termoflussimetro<br />
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Versione 1<br />
E’ un trasduttore che dà in output un segnale elettrico <strong>di</strong>rettamente correlato al flusso termico<br />
trasmesso attraverso <strong>di</strong> esso.<br />
Proprietà richieste: bassa resistenza termica, alta sensibilità.<br />
2.2.1. Principi <strong>di</strong> funzionamento<br />
Nella zona centrale la piastra è dotata <strong>di</strong> una termopila (avvolgimento in serie <strong>di</strong> fili <strong>di</strong> due materiali<br />
<strong>di</strong>versi, rame e costantana) in un substrato <strong>di</strong> resina epossi<strong>di</strong>ca <strong>di</strong> cui è nota la caratteristica.<br />
Il segnale elettrico molto forte anche con piccole <strong>di</strong>fferenze <strong>di</strong> temperatura (le f.e.m. delle giunzioni in<br />
serie si sommano) e la tensione misurata ai capi del rame è <strong>di</strong>rettamente proporzionale alla <strong>di</strong>fferenza <strong>di</strong><br />
temperatura fra le due superfici dello stesso (cioè al flusso termico).<br />
La zona attorno a quella centrale in resina epossi<strong>di</strong>ca garantisce la mono<strong>di</strong>mensionalità del flusso,<br />
evitando le <strong>di</strong>spersioni laterali. La piastra va posta in serie con l’elemento da esaminare, si ottiene il flusso<br />
termico riferito alla zona centrale del flussimetro:<br />
q = ΔT<br />
s<br />
λ<br />
Fig. 2.2.1 Schema dei componenti necessari per la misura con il termoflussimetro.<br />
2.2.2. Accorgimenti<br />
Dev’essere montato sulla superficie dell’elemento in corrispondenza del lato con temperatura più<br />
stabile (sup.interna).<br />
Evitare la vicinanza <strong>di</strong> ponti termici o zone vicino a spigoli, pilastri o altre eterogeneità <strong>di</strong><br />
composizione. Evitare l’esposizione alla ra<strong>di</strong>azione solare e ad agenti atmosferici. Evitare l’influenza <strong>degli</strong><br />
elementi d’impianto.<br />
Raccomandabile l’uso <strong>di</strong> “paste termiche” per migliorare l’aderenza nel contatto.<br />
2.2.3. Acquisizione dei dati<br />
I dati devono essere registrati continuamente o ad intervalli <strong>di</strong> tempo prefissati. Il tempo massimo tra<br />
due misure e la durata minima della prova <strong>di</strong>pendono da:<br />
• natura dell’elemento (pesante, leggero,...);<br />
• temperature interna ed esterna (me<strong>di</strong>a e fluttuazioni prima e durante la misura);<br />
il metodo scelto per l’analisi può essere definito tra i seguenti:<br />
• me<strong>di</strong>e progressive: durata 0.5-1 h;
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Versione 1<br />
• metodo <strong>di</strong>namico: tempistiche minori.<br />
La durata minima è comunque <strong>di</strong> 72 h se la temperatura è stabile intorno al termoflussimetro,<br />
altrimenti può essere maggiore anche <strong>di</strong> 7 giorni.<br />
E’ raccomandabile che le registrazioni siano fatte ad intervalli <strong>di</strong> tempo prefissati come valori me<strong>di</strong>ati<br />
<strong>di</strong> più registrazioni istantanee (me<strong>di</strong>a sul ciclo).<br />
Effettuare le misure in una stagione in cui vi siano forti <strong>di</strong>fferenze <strong>di</strong> temperatura interno-esterno.<br />
2.2.4. Esame della struttura dell’elemento<br />
Per l’esame della struttura analizzata, con stratigrafia non nota, è possibile:<br />
• eseguire un foro <strong>di</strong> piccole <strong>di</strong>mensioni nella struttura, quin<strong>di</strong> si utilizza un endoscopio per rilevare i<br />
materiali ed il loro spessore;<br />
• eseguire un carotaggio e rilevare <strong>di</strong>rettamente spessori e materiali dal campione prelevato (soluzione<br />
piuttosto <strong>di</strong>fficile da attuare in situazioni comuni ma più precisa).<br />
Tali operazioni potrebbero alterare il contenuto <strong>di</strong> umi<strong>di</strong>tà anche in maniera significativa a causa del<br />
riscaldamento indotto dagli strumenti o per l’uso <strong>di</strong> eventuali lubrificanti. Ci può essere inoltre <strong>di</strong>fficoltà nel<br />
risalire perfettamente allo stato <strong>di</strong> una struttura in opera.<br />
2.2.5. Precisione nella misura<br />
La precisione della misura <strong>di</strong>pende da:<br />
• precisione nella calibratura <strong>di</strong> termoflussimetro (se gli strumenti sono ben calibrati l’errore è circa del<br />
5%);<br />
• precisione del sistema <strong>di</strong> acquisizione;<br />
• variazioni casuali dei segnali dovute a non perfetta aderenza <strong>degli</strong> strumenti (se il sistema è<br />
accuratamente installato tali variazioni sono pari a circa il 5% del valore me<strong>di</strong>o);<br />
• errore operazionale dovuto alla mo<strong>di</strong>fica del campo termico per la presenza del termoflussimetro (se<br />
correttamente valutato e corretto, l’incertezza residua è pari al 2-3%);<br />
• errori causati dalle variazioni nel tempo <strong>di</strong> temperature e flusso termico (se si estende il periodo <strong>di</strong><br />
misura e si riducono al minimo le oscillazioni della temperatura interna tale errore può essere <strong>di</strong> circa<br />
il 10%);<br />
• per misure <strong>di</strong> U, variazioni <strong>di</strong> temperatura nello spazio e <strong>di</strong>fferenze tra temperatura dell’aria e ra<strong>di</strong>ante.<br />
La probabilità <strong>di</strong> ottenere un errore maggiore aumenta se:<br />
• le temperature (in particolare quella interna) sono fortemente oscillanti se confrontate con la <strong>di</strong>fferenza<br />
<strong>di</strong> temperatura tra entrambi i lati dell’elemento;<br />
• l’elemento è pesante e la durata della misura è troppo breve;<br />
• l’elemento è esposto a ra<strong>di</strong>azione solare;<br />
• non viene stimato l’errore operazionale dovuto alla presenza del termoflussimetro (può essere anche<br />
del 30%).<br />
2.2.6. Normativa <strong>di</strong> riferimento<br />
UNI 10351:1994 Materiali da costruzione. Conduttività termica e permeabilità al vapore.<br />
UNI 10355:1994 Murature isolanti. Valori della resistenza termica e metodo <strong>di</strong> calcolo.<br />
UNI EN ISO 10456:2001 Materiali e prodotti per e<strong>di</strong>lizia – Proce<strong>di</strong>menti per la determinazione dei<br />
valori termici <strong>di</strong>chiarati e <strong>di</strong> progetto.<br />
ISO 9869 Thermal insulation – Buil<strong>di</strong>ng elements – In-situ measurement of thermal resistance and<br />
thermal transmittance.
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2.2.7. Considerazioni conclusive<br />
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Versione 1<br />
La misura della trasmittanza in opera con i termoflussimetri appare affidabile, relativamente<br />
economica e facile da sviluppare.<br />
Il valore risultante dall’analisi va contestualizzato: non si può pensare <strong>di</strong> considerare il valore ottenuto<br />
dai meto<strong>di</strong> descritti come “vera” conduttanza/trasmittanza della parete.<br />
La strumentazione necessaria è poco ingombrante e robusta.<br />
Tutte le fonti d’errore devono essere considerate nell’interpretazione dei risultati.<br />
L’interpretazione dei risultati <strong>di</strong>pende molto dall’esperienza dell’utente.<br />
L’elaborazione dei dati con la procedura delle me<strong>di</strong>e mobili è affidabile e facile da sviluppare ma<br />
presenta lo svantaggio <strong>di</strong> richiedere tempi <strong>di</strong> misura relativamente lunghi, specie nel caso <strong>di</strong> pareti molto<br />
pesanti. L’elaborazione dei dati me<strong>di</strong>ante l’approccio black-box presenta il vantaggio <strong>di</strong> richiedere,<br />
generalmente, monitoraggi più brevi.
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2.3. Termocamera<br />
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La termografia IR (a raggi infrarossi) rileva il flusso ra<strong>di</strong>ante <strong>di</strong> energia e può misurare la temperatura<br />
superficiale e i flussi termici:<br />
• senza contatto in modo non-<strong>di</strong>struttivo,<br />
• produce un’immagine dell’oggetto esaminato,<br />
• lavora in tempo reale.<br />
Vantaggi:<br />
• metodo ottico, quin<strong>di</strong> non invasivo e non interferisce in modo apprezzabile con la misura della<br />
temperatura,<br />
• integra fenomeni termici legati al trasferimento <strong>di</strong> calore e <strong>di</strong> massa,<br />
• caratteristiche ottiche della superficie (emissività, riflettività).<br />
Svantaggi:<br />
• limite principale, l’oggetto deve essere visibile,<br />
• per corpi opachi si osserva la superficie,<br />
• per corpi semi-trasparenti la misura è complessa.<br />
La termografia IR è la tecnica, che consente l’acquisizione e visualizzazione <strong>di</strong> mappe spaziali <strong>di</strong><br />
ra<strong>di</strong>anza nella banda dell’infrarosso termico. La termografia IR usa tipicamente le bande spettrali tra 1-2.5<br />
µm (SW); 3-5 µm (MW) e 8-13 µm (LW), contrad<strong>di</strong>stinte da <strong>di</strong>fferenti tecnologie e influenza dell’ambiente<br />
<strong>di</strong> misura.<br />
2.3.1. La termografia per il CND (Controllo Non Distruttivo)<br />
In generale, la <strong>di</strong>stribuzione della temperatura superficiale sarà in funzione dei flussi termici e delle<br />
<strong>di</strong>fferenti proprietà termofisiche dei materiali.<br />
Esistono due modalità <strong>di</strong> base per eseguire la rilevazione termografica e cioè:<br />
• le tecniche passive: sfruttano le con<strong>di</strong>zioni operative, i flussi termici naturali dei cicli giornalieri e<br />
microclimatiche, la temperatura superficiale varia abbastanza lentamente, sono molto efficienti e<br />
particolarmente adatte alle superfici esterne;<br />
• le tecniche attive: usano sorgenti termiche artificiali, per un determinato tempo, con qualche grado <strong>di</strong><br />
incremento della temperatura, richiedono <strong>di</strong> elaborare una sequenza <strong>di</strong> immagini della superficie<br />
sollecitata (alcuni m 2 ), sono affidabili.<br />
Fig. 2.3.1 Visualizzazione della struttura in esame sulla termocamera.
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2.3.2. Trasmittanza termica misurata in situ<br />
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Se l’involucro e<strong>di</strong>lizio fosse in regime stazionario ed uniforme R e K (U) potrebbero essere misurati<br />
con <strong>di</strong>screta accuratezza, semplicemente misurando il flusso termico specifico (q) e la temperatura<br />
superficiale Ts o dell’aria Ta su entrambe i lati della parete in pochi punti. Questa con<strong>di</strong>zione si può<br />
approssimare in laboratorio ma non si verifica mai in opera.<br />
Di fatto la struttura si trova in regime transitorio e i gra<strong>di</strong>enti <strong>di</strong> temperatura variano continuamente nel<br />
tempo, così pure il flusso termico accumulato.<br />
2.3.3. Normativa <strong>di</strong> riferimento<br />
UNI 9252 - Rilievo e analisi qualitativa delle irregolarità termiche negli involucri <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici.<br />
Metodo della termografia all'infrarosso.<br />
EN473 Certificazione del personale addetto ai controlli non <strong>di</strong>struttivi 1°, 2° e 3° livello secondo<br />
CICPnD.<br />
ASTM C1046-95 (2001) Standard Practice for In-Situ Measurement of Heat Flux and Temperature on<br />
Buil<strong>di</strong>ng Envelope Components.<br />
Normal-UNI standards.<br />
ASNT Handbook third E<strong>di</strong>tion, volume 3 “Infrared and Thermal testing” (cap18) Technical e<strong>di</strong>tor<br />
X.Maldague.<br />
2.3.4. Considerazioni conclusive<br />
La termografia quantitativa e qualitativa si sta consolidando come valido metodo CND per contribuire<br />
alla valutazione <strong>di</strong> molteplici processi.<br />
Per il carattere <strong>di</strong> bi<strong>di</strong>mensionalità è possibile effettuare la misura <strong>di</strong> centinaia <strong>di</strong> punti <strong>di</strong> temperature<br />
<strong>di</strong> aree ed effettuare confronti inoltre offre rapi<strong>di</strong>tà e flessibilità delle indagini con risultati imme<strong>di</strong>ati in<br />
tempo reale.<br />
Per contro la mappatura delle temperature richiede molte attenzioni applicative e conoscenza teoriche<br />
per cui, se eseguita con superficialità potrà determinare elevati margini d’incertezza del risultato atteso.<br />
È influenzata dalle con<strong>di</strong>zioni climatiche (umi<strong>di</strong>tà, vento, pioggia, nebbia, irraggiamento solare,<br />
ombre) e per questo si può definire un’indagine essenzialmente <strong>di</strong> tipo qualitativa e <strong>di</strong> minor precisione a<br />
livello quantitativo.
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2.4. Blower door test<br />
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Negli e<strong>di</strong>fici si generano dei ricambi d’aria incontrollati a causa della <strong>di</strong>fferenza <strong>di</strong> pressione tra<br />
interno ed esterno. Tali ricambi d’aria risultano <strong>di</strong>fficilmente quantificabili.<br />
Le cause <strong>di</strong> questi fenomeni sono lo stack effect e la ventosità.<br />
Le infiltrazioni incontrollate sono dannose ai fini <strong>di</strong>:<br />
• ottimizzazione dei consumi <strong>di</strong> con<strong>di</strong>zionamento;<br />
• ottimizzazione del confort abitativo attraverso la qualità dell’aria;<br />
• salubrità dell’ambiente (muffe).<br />
2.4.1. Il Blower Door Test come <strong>di</strong>agnosi<br />
Il blower door test simula questi effetti grazie ad una porta “telata” munita <strong>di</strong> un ventilatore che<br />
provoca una <strong>di</strong>fferenza <strong>di</strong> pressione interno-esterno (sia in pressione che in depressione).<br />
Gli acquisitori in dotazione per mezzo <strong>di</strong> un software de<strong>di</strong>cato registrano la portata d’aria<br />
d’infiltrazione (m 3 /h) per ogni <strong>di</strong>fferenza <strong>di</strong> pressione imposta dal ventilatore riuscendo a quantificare i<br />
ricambi orari.<br />
E’ possibile adottate un proce<strong>di</strong>mento manuale per l’acquisizione dei dati senza servirsi <strong>di</strong> <strong>di</strong>spositivi<br />
automatici. Proce<strong>di</strong>mento laborioso e lungo rispetto a quello automatizzato.<br />
Fig. 2.4.1 Strumentazione necessaria per eseguire il blower door test<br />
2.4.2. Scopi del test<br />
• MISURARE la permeabilità all’aria <strong>di</strong> un intero e<strong>di</strong>ficio o <strong>di</strong> parte <strong>di</strong> esso allo scopo <strong>di</strong> rispondere ad<br />
una specifica <strong>di</strong> progetto <strong>di</strong> tenuta all’aria;<br />
• CONFRONTARE la permeabilità all’aria <strong>di</strong> numerosi e<strong>di</strong>fici simili o <strong>di</strong> parti <strong>di</strong> essi;<br />
• IDENTIFICARE le cause <strong>di</strong> infiltrazione;<br />
• MIGLIORARE un e<strong>di</strong>ficio esistente o parte <strong>di</strong> esso riducendo le infiltrazioni <strong>di</strong> aria.<br />
In sede <strong>di</strong> costruzione dal nuovo:<br />
• l’involucro deve essere impermeabile all’aria<br />
• usare la ventilazione meccanica con recupero<br />
In sede <strong>di</strong> ristrutturazione\<strong>di</strong>agnostica:<br />
• prendere atto della prestazione dell’involucro
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Versione 1<br />
• intervenire sigillando e attuare la più idonea strategia <strong>di</strong> ventilazione<br />
2.4.3. La strumentazione necessaria<br />
• Porta telata (telaio con barre telescopiche + telo con apertura per l’inserimento del ventilatore)<br />
• Ventilatore<br />
• Strumenti d’acquisizione e controllo collegati ad un PC me<strong>di</strong>ante porta seriale<br />
• Anemometro\termometro (optional, utili in fase <strong>di</strong> <strong>di</strong>agnostica e per la valutazione delle con<strong>di</strong>zioni<br />
ambientali <strong>di</strong> prova)<br />
• Gas tracciante (optional)<br />
2.4.4. Meto<strong>di</strong> <strong>di</strong> prova<br />
Sono previsti due meto<strong>di</strong> <strong>di</strong> prova che <strong>di</strong>fferiscono per come è necessario preparare l’e<strong>di</strong>ficio prima<br />
della prova.<br />
2.4.4.1. Metodo A (prova <strong>di</strong> un e<strong>di</strong>ficio in uso)<br />
Lo stato dell’involucro e<strong>di</strong>lizio dovrebbe rappresentare le sue con<strong>di</strong>zioni nella stagione in cui è<br />
utilizzato l’impianto <strong>di</strong> riscaldamento o l’impianto <strong>di</strong> raffrescamento.<br />
2.4.4.2. Metodo B (prova dell’involucro e<strong>di</strong>lizio)<br />
Tutte le aperture esistenti nell’involucro e<strong>di</strong>lizio devono essere chiuse o sigillate<br />
2.4.4.3. Componenti dell’e<strong>di</strong>ficio<br />
Chiudere tutte le aperture esterne esistenti (finestre, porte, tagliafuoco).<br />
Per gli scopi del metodo A (e<strong>di</strong>ficio in uso) non occorre prendere misure ulteriori per migliorare la<br />
tenuta all’aria.<br />
Per gli scopi del metodo B (involucro e<strong>di</strong>lizio) tutte le aperture regolabili devono essere chiuse e le<br />
restanti aperture esistenti devono essere sigillate.<br />
L'intero e<strong>di</strong>ficio deve essere come una singola zona.<br />
Tutte le porte <strong>di</strong> collegamento (tranne arma<strong>di</strong>etti e arma<strong>di</strong>, che dovrebbero essere chiusi) nella parte<br />
dell’e<strong>di</strong>ficio da sottoporre a prova, devono essere aperte in modo da mantenere una pressione uniforme in un<br />
intervallo <strong>di</strong> meno del 10% della <strong>di</strong>fferenza misurata <strong>di</strong> pressione tra interno ed esterno.<br />
Fare osservazioni generali sullo stato dell’e<strong>di</strong>ficio (porte, pareti opache, tetto, pavimento, posizione<br />
delle aperture regolabili e le sigillature applicate sulle aperture esistenti.<br />
2.4.4.4. Fasi del proce<strong>di</strong>mento <strong>di</strong> prova<br />
Controllo preliminare del sito<br />
Con<strong>di</strong>zioni ambiente interno ed esterno<br />
Differenza <strong>di</strong> pressione a flusso nullo<br />
Misure secondo una determinata sequenza <strong>di</strong> <strong>di</strong>fferenze <strong>di</strong> pressione<br />
Presentazione dei risultati ottenuti<br />
2.4.5. Riferimenti normativi<br />
UNI EN 13829 – Prestazione termica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici – Determinazione della permeabilità all’aria <strong>degli</strong><br />
e<strong>di</strong>fici.<br />
Minneapolis Blower Door – Operation manual for Model 3 and Model 4 Systems.<br />
Tectite Express – Buil<strong>di</strong>ng Airtightness Test AnalysisProgram – Software User Guide.
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Versione 1<br />
Operation Instructions for the DG-700(E) – Pressure e Flow Gauge.<br />
2.4.6. Considerazioni conclusive<br />
Il blower door test fornisce un metodo <strong>di</strong>agnostico utile per migliorare la prestazione energetica<br />
dell’e<strong>di</strong>ficio.<br />
Il test è tutto sommato semplice, “duttile” e facilmente integrabile con altri nell’ottica <strong>di</strong> un’analisi più<br />
completa e analitica delle <strong>di</strong>spersioni d’energia e della qualità dell’aria.<br />
Il metodo <strong>di</strong> prova può essere abbinato all’utilizzo <strong>di</strong> una termocamera per l’in<strong>di</strong>viduazione delle<br />
infiltrazioni non volute <strong>di</strong> aria.
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3. AUDIT ENERGETICO<br />
3.1. Introduzione<br />
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Versione 1<br />
Il risparmio energetico è una fonte <strong>di</strong> energia rinnovabile, la più imme<strong>di</strong>ata ed accessibile, spesso con<br />
tempi <strong>di</strong> recupero dell’investimento inferiori a qualunque tecnologia energetica e investimenti minimi, anche<br />
<strong>di</strong> poche centinaia <strong>di</strong> euro.<br />
La gestione energetica coinvolge tutti i settori <strong>di</strong> vita (industria, agricoltura, civile, terziario), e non<br />
riguarda solo il rifornimento e la <strong>di</strong>stribuzione, ma comprende una razionalità nell’uso finale dell’energia nei<br />
punti <strong>di</strong> utilizzazione.<br />
Il risparmio energetico è <strong>di</strong>ventato così importante da far parlare ad<strong>di</strong>rittura <strong>di</strong> au<strong>di</strong>t energetico.<br />
L’au<strong>di</strong>t energetico consiste nell’analisi dei consumi e dei fabbisogni energetici del cliente, per determinare i<br />
potenziali interventi <strong>di</strong> risparmio e <strong>di</strong> efficienza.<br />
Per semplificare la trattazione si possono identificare i passi fondamentali <strong>di</strong> un intervento <strong>di</strong><br />
efficienza energetica (schematizzati in Fig. 3.1.1):<br />
• rilievo da mappe,<br />
• rilievo da dati progettuali e fogli tecnici,<br />
• rilievi in situ <strong>di</strong> caratteristiche d’involucro e <strong>di</strong> impianto,<br />
• raccolta dei dati a consuntivo,<br />
• simulazione <strong>di</strong>namica e taratura su dati noti,<br />
• ipotesi <strong>di</strong> intervento e relativa entità economica,<br />
• simulazione <strong>di</strong> previsione <strong>di</strong> risparmio energetico e la relativa red<strong>di</strong>tività economica.<br />
AUDIT ENERGETICO DIAGNOSI ENERGETICA PROGETTO DI INTERVENTO<br />
Fig. 3.1.1 Schema concettuale dei passaggi tra au<strong>di</strong>t energetico, <strong>di</strong>agnosi energetica e progetto <strong>di</strong> intervento.<br />
L’au<strong>di</strong>t energetico viene effettuato tramite “check-list standar<strong>di</strong>zzate”, che permettono <strong>di</strong> raccogliere e<br />
organizzare, in modo veloce e sistematico, tutti i dati necessari all’indagine da realizzare.<br />
Generalmente si <strong>di</strong>stingue tra au<strong>di</strong>ting <strong>degli</strong> impianti elettrici e termici in modo da avere un quadro<br />
completo dello status energetico dell’utenza attraverso i dati <strong>di</strong> impianti e componenti e delle modalità <strong>di</strong><br />
utilizzo <strong>degli</strong> stessi.<br />
Tipici interventi includono:<br />
• l’adozione <strong>di</strong> sistemi <strong>di</strong> cogenerazione e rigenerazione;<br />
• l’isolamento termico <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici;<br />
• l’installazione <strong>di</strong> corpi illuminanti ad elevata efficienza;<br />
• l’adozione <strong>di</strong> motori elettrici ad elevato ren<strong>di</strong>mento;<br />
• l’installazione <strong>di</strong> recuperatori <strong>di</strong> calore;<br />
• l’impiego <strong>di</strong> sistemi <strong>di</strong> regolazione e <strong>di</strong> gestione dei consumi BMS (Buil<strong>di</strong>ng Management System).<br />
Per quanto riguarda il rapporto tra risparmio energetico ed investimento, è opportuno considerare tre<br />
possibili livelli <strong>di</strong> intervento:<br />
• livello A: risparmio energetico ottenibile con investimento prossimo a zero;<br />
• livelli B: risparmio energetico ottenibile con investimento ammortizzabile entro 3 anni;<br />
• livello C: risparmio energetico ottenibile con investimento ammortizzabile oltre 3 anni.<br />
Di seguito si propongono alcuni esempi trovati nella letteratura per chiarificare la procedura spiegata<br />
precedentemente (customer fitted).
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133<br />
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Versione 1<br />
3.2. Esempio <strong>di</strong> au<strong>di</strong>t energetico: il complesso del Liviano, Universita’ <strong>degli</strong><br />
<strong>Stu<strong>di</strong></strong> <strong>di</strong> <strong>Padova</strong><br />
Di seguito si considera un esempio <strong>di</strong> au<strong>di</strong>t energetico in riferimento ad un palazzo <strong>di</strong> proprietà<br />
del’<strong>Università</strong> <strong>degli</strong> <strong>Stu<strong>di</strong></strong> <strong>di</strong> <strong>Padova</strong> e tratto da “Aspetti metodologici e casi <strong>di</strong> stu<strong>di</strong>o per l’au<strong>di</strong>t energetico<br />
del patrimonio e<strong>di</strong>lizio dell’università <strong>di</strong> <strong>Padova</strong> – analisi generale del fabbisogno energetico globale”,<br />
Tomasi Roberta, tesi <strong>di</strong> laurea A.A. 2007-2008.<br />
3.2.1. Generalità<br />
Il primo passo per sviluppare un au<strong>di</strong>t energetico è lo stu<strong>di</strong>o l’e<strong>di</strong>ficio, quin<strong>di</strong> si devono ricavare tutte<br />
le informazioni per caratterizzare l’e<strong>di</strong>fico con struttura e i vari impianti.<br />
3.2.1.1. Anno <strong>di</strong> costruzione ed eventuali manutenzioni<br />
Costruito nel XIII sec. e rinnovato nel 1540 dopo un incen<strong>di</strong>o, assume la struttura attuale nel 1939.<br />
L’ampliamento è avvenuto in due fasi: prima nel 1937 e poi tra il 1955 e il 1960. Globalmente, quin<strong>di</strong>, si<br />
trovano, nel medesimo e<strong>di</strong>ficio, tre tipologie <strong>di</strong> strutture assai <strong>di</strong>verse, appartenenti a epoche <strong>di</strong>verse; è<br />
facile,quin<strong>di</strong>, per realizzare un’analisi dettagliata della struttura, è inevitabile incontrare qualche<br />
complicazione.<br />
Volume fuori terra 33424 m 3<br />
Volume interrato 3077.7 m 2<br />
Superficie calpestabile lorda 7500 m 2<br />
Superficie calpestabile al netto dei muri 5908.41 m 2<br />
Numero piani 3 o 4<br />
Numero piani interrati 1<br />
Altezza me<strong>di</strong>a<br />
Tab. 3.2.1 Caratteristiche del complesso Liviano.<br />
16.6 m<br />
3.2.2. Caratteristiche struttura<br />
Dopo aver considerato le generalità della struttura in esame si procede con la dettagliata stesura delle<br />
caratteristiche dell’e<strong>di</strong>ficio come pareti opache e vetrate nonché l’impianto presente.<br />
3.2.2.1. Caratteristiche strutturali superfici opache<br />
La descrizione delle superfici opache si definisce dalle tabelle <strong>di</strong> seguito riportate.<br />
Spessore [cm] 81 58 51 44 33<br />
Area [m 2 ] 1363 1989.3 1150 852.1 548<br />
Tab. 3.2.2 Superfici lorde verticali totali (ignorando muri <strong>di</strong> nicchia e al netto dei serramenti).<br />
Spessore muro<br />
convenzionale<br />
m<br />
N NO/NE E O SO/SE S<br />
0.81 29.30 0 7.99 5.05 0 20.22<br />
0.58 11.99 0 42.40 15.18 0 6.38<br />
0.44 0 0 23.76 24.84 0 6.00<br />
0.33 0 0 30.27 40.02 0 0<br />
Tab. 3.2.3 Aree da sottrarre al muro principale, per la presenza <strong>di</strong> nicchie.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
3.2.2.2. Componenti vetrate<br />
134<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Me<strong>di</strong>ante le informazioni su pianta e me<strong>di</strong>ante la visita dello stabile, sono state contate 258 finestre ed<br />
in<strong>di</strong>viduate 27 tipologie <strong>di</strong> finestre (<strong>di</strong>verse per forma, per <strong>di</strong>mensioni e per tipo <strong>di</strong> vetro). Le informazioni<br />
registrabili dall’osservazione <strong>di</strong>retta è possibile sud<strong>di</strong>viderle secondo quattro tipi <strong>di</strong> input:<br />
• numero ante,<br />
• altezza me<strong>di</strong>a del serramento,<br />
• tipo <strong>di</strong> vetro,<br />
• larghezza della vetrocamera,<br />
mentre per quanto riguarda gli elementi finestrati, si assumono per il calcolo le seguenti trasmittanze<br />
(sud<strong>di</strong>vise tra la vetrata e il telaio):<br />
• 5,9 W/m 2 K per vetro singolo,<br />
• 2,08 W/m 2 K per vetro doppio,<br />
• 1,8 W/m 2 K per telaio in legno.<br />
3.2.2.3. Caratterizzazione dell’impianto<br />
La caratterizzazione dell’impianto si definisce come la ricerca delle proprietà delle caldaie, pompe<br />
elettriche <strong>di</strong> circolazione, regolazione e terminali d’impianto, climatizzazione.<br />
Le due caldaie (ve<strong>di</strong> caratteristiche in Tab. 3.2.4 e Tab. 3.2.5) sono recenti, rispettivamente del 2004 e<br />
2005, della stessa <strong>di</strong>tta costruttrice ma con potenzialità <strong>di</strong>verse.<br />
Tab. 3.2.4 Specifiche tecniche della caldaia maggiore (Mod. PRK520S).<br />
Tab. 3.2.5 Specifiche tecniche caldaia minore (Mod. PRK420S).
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
Tab. 3.2.6 Specifiche tecniche delle pompe elettriche.<br />
135<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
LOCALE TERMINALI<br />
Uffici Ra<strong>di</strong>atori<br />
Corridoio, atrio, scale Ra<strong>di</strong>atori<br />
Aule stu<strong>di</strong>o Ra<strong>di</strong>atori<br />
Museo Ventilconvettori<br />
Interrato-archivio Ventilconvettori<br />
Aule <strong>di</strong>dattiche p.terra Ventilconvettori<br />
Sala riunioni p.terra Ventilconvettori<br />
Tab. 3.2.7 Terminali <strong>di</strong> impianto da rilievo.<br />
3.2.3. Input termoigrometrici<br />
Per quanto riguarda gli input termoigrometrici si fa riferimento ai guadagni interni (cioè gli apporti<br />
gratuiti <strong>di</strong> calore derivanti dall’illuminazione e dalle utenze) e ai valori <strong>di</strong> infiltrazioni e ventilazione presenti<br />
nell’e<strong>di</strong>ficio.<br />
3.2.3.1. Guadagni interni<br />
I guadagni interni assumono un ruolo importante nella determinazione del fabbisogno dell’e<strong>di</strong>ficio.<br />
Purtroppo non è sempre così facile determinarli, per cui si sono dovute formulare delle ipotesi per<br />
completare il quadro generale. Per il Liviano ne esistono <strong>di</strong> tre tipi: guadagni dovuti alla presenza <strong>di</strong> persone,<br />
illuminazione e presenza <strong>di</strong> computers.<br />
Totali Illuminazione Utenze<br />
W 72.016 47.311 24.72<br />
W/m 2 16 11 5<br />
kWh 228.14 149.882 78.258<br />
Tab. 3.2.8 Consumi elettrici da bolletta, stimati per l’illuminazione e stimati per computers e utenze <strong>di</strong><br />
con<strong>di</strong>zionamento (altro).
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
3.2.3.2. Infiltrazioni e ventilazione<br />
136<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Mancando un sistema <strong>di</strong> ventilazione controllata, il ricambio d’aria è garantito esclusivamente dalla<br />
ventilazione all’apertura delle finestre. Durante il sopralluogo all’e<strong>di</strong>ficio, effettuato nel mese <strong>di</strong> aprile, si è<br />
notato che molte finestre <strong>degli</strong> spazi comuni (biblioteche, aule stu<strong>di</strong>o), risultavano spalancate per permettere<br />
<strong>di</strong> abbassare la temperatura del locale e garantire un ricambio d’aria commisurato alle persone presenti. La<br />
gran parte dei serramenti, con telaio in legno e vetro singolo, non garantisce una buona tenuta alle<br />
infiltrazioni.<br />
3.2.4. Risultati<br />
Le rilevazioni eseguite permettono <strong>di</strong> avere tutte le informazioni necessarie per definire il modello <strong>di</strong><br />
calcolo. Il programma usato nell’au<strong>di</strong>t in questione è il Trnsys, un programma per la valutazione energetica<br />
dell’e<strong>di</strong>ficio in regime <strong>di</strong>namico.<br />
Dalle simulazioni si è stimato:<br />
• consumo <strong>di</strong> 125.39 kWh/m2 considerando un periodo <strong>di</strong> riscaldamento tra 15-10 e 15-04 impostando<br />
un’unica zona con una temperatura interna <strong>di</strong> 20°C;<br />
• consumo pari a 140.58 kWh/m2 con lo stesso periodo <strong>di</strong> riscaldamento ma caratterizzando l’e<strong>di</strong>fico in<br />
5 zone (per simulare con<strong>di</strong>zioni più reali), ognuna con parametri termo igrometrici <strong>di</strong>versi e portata<br />
d’aria <strong>di</strong> 0.7 vol/h;<br />
• consumo a 122.8 kWh/m2 con una simulazione come la precedente ma <strong>di</strong>minuendo il ricambio d’aria<br />
a 0.5 vol/h.<br />
3.2.4.1. Confronto tra risultati e proposte d’intervento<br />
Si propone una serie <strong>di</strong> interventi volti a migliorare le prestazioni termiche dell’e<strong>di</strong>ficio senza<br />
deturparne l’aspetto.<br />
1. Sostituzione vetri singoli con vetri doppi<br />
2. Isolamento delle coperture<br />
3. Entrambe le soluzioni precedenti<br />
4. Sostituzione valvole manuali con valvole termostatiche<br />
Tab. 3.2.9 Riepilogo dei parametri kWh/m 2 al netto dell’impianto, calcolati sull’intero anno 2007 con gli<br />
interventi 1, 2, 3, per due valori <strong>di</strong> infiltrazione esterna e in riferimento al fabbisogno annuale dell’e<strong>di</strong>ficio.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
137<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Fig. 3.2.1 Rappresentazione del risparmio energetico percentuale me<strong>di</strong>ante l’introduzione <strong>degli</strong> interventi 1,<br />
2, 3. Si noti l’influenza dell’infiltrazione esterna.<br />
Intervento<br />
Prezzo unitario<br />
€/unità<br />
Quantità<br />
Investimento<br />
€<br />
Sostituzione doppi vetri 36.1 (al m2) 577.4 21623.1<br />
Sostituzione serramenti 159 (al m2) 577.4 95187.5<br />
Finestre nuove complete 195.1 (al m2) 577.4 116810.6<br />
Isolamento con lana<br />
minerale<br />
22 (al m2) 779 9626.6<br />
Isolamento con pannelli<br />
in polistirene<br />
13.6 (al m2) 681 17761.2<br />
Sostituzione valvole<br />
termostatiche<br />
80 250 20000<br />
Tab. 3.2.10 Determinazione <strong>degli</strong> investimenti in euro per le soluzioni proposte.<br />
I risultati delle simulazioni considerando i consumi sono i seguenti:<br />
1. risparmio del 10.58% rispetto al caso iniziale con TR=7.6 anni,<br />
2. risparmio del 18.61% rispetto al caso iniziale con TR=1.09 anni,<br />
3. risparmio del 34.12% rispetto al caso iniziale con TR=3.58 anni,<br />
4. risparmio del 14.11% rispetto al caso iniziale con TR=0.99 anni.<br />
Fig. 3.2.2 Confronto economico <strong>degli</strong> investimenti proposti per il Liviano.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
3.2.5. Conclusioni<br />
138<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Le conclusioni che si possono trarre nell’au<strong>di</strong>t energetico in esame riferito al complesso del Liviano,<br />
un e<strong>di</strong>fico del XVI sec. sito a <strong>Padova</strong> e successivamente ristrutturato negli anni ’60, sono quelle derivanti<br />
dalla Fig. 3.2.2.<br />
In particolare il ritorno economico più rapido, meno <strong>di</strong> 1 anno, si ha prevedendo l’installazione delle<br />
valvole termostatiche.<br />
Leggermente meno conveniente l’isolamento della copertura dell’e<strong>di</strong>fico.<br />
La sostituzione delle finestre a singolo vetro con finestre nuove a doppi vetri presentano tempi <strong>di</strong><br />
recupero superiori ai 7 anni, se associati però anche alla copertura riducono il tempo <strong>di</strong> ritorno in 3,5 anni.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
139<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
3.3. Esempio <strong>di</strong> au<strong>di</strong>t energetico: e<strong>di</strong>fici <strong>di</strong> proprieta’ pubblica<br />
Si riporta l’esempio <strong>di</strong> un au<strong>di</strong>t energetico relativo ad alcuni e<strong>di</strong>fici <strong>di</strong> proprietà pubblica redatto da<br />
Dario Ban<strong>di</strong> e Paolo Bin<strong>di</strong>, in una relazione contenuta negli atti del convegno AICARR “L’impiantistica <strong>di</strong><br />
fronte alle nuove <strong>di</strong>sposizioni sul risparmio energetico”.<br />
3.3.1. Struttura dell'au<strong>di</strong>t energetico<br />
L'au<strong>di</strong>t energetico si struttura secondo la modalità in<strong>di</strong>cata nei punti seguenti.<br />
3.3.1.1. Profilo <strong>di</strong> utilizzo<br />
L'e<strong>di</strong>ficio viene classificato in base alla destinazione d'uso prevalente, specificando le fasce orarie ed i<br />
perio<strong>di</strong> annuali <strong>di</strong> utilizzo; quest'ultimo aspetto è <strong>di</strong> fondamentale importanza per meglio ricostruire la curva<br />
temporale dei fabbisogni energetici.<br />
Tab. 3.3.1 Caratteristiche e<strong>di</strong>fici analizzati.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
3.3.1.2. Involucro e<strong>di</strong>lizio<br />
140<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Si procede alla definizione geometrica dell'e<strong>di</strong>ficio, per blocchi funzionali, calcolando sia i valori netti<br />
che i valori lor<strong>di</strong> <strong>di</strong> superficie e volumi (ve<strong>di</strong> Tab. 3.3.1). Si in<strong>di</strong>cano inoltre le caratteristiche essenziali dei<br />
principali elementi costruttivi.<br />
3.3.1.3. Impianto termico<br />
Si evidenziano le caratteristiche principali dell'impianto termico per il riscaldamento <strong>degli</strong> ambienti,<br />
con particolare attenzione ai ren<strong>di</strong>menti misurati dei generatori <strong>di</strong> calore (ricavati dai libretti <strong>di</strong> impianto) e<br />
confrontati con i limiti <strong>di</strong> legge.<br />
Per quanto riguarda l'impianto <strong>di</strong> produzione acqua calda sanitaria, si pone particolare attenzione alla<br />
ricostruzione del profilo <strong>di</strong> utilizzo <strong>di</strong> quest'ultima, presupposto fondamentale per un corretto<br />
<strong>di</strong>mensionamento dell'eventuale impianto solare.<br />
3.3.1.4. Impianti ausiliari<br />
L'eventuale presenza <strong>di</strong> impianti ausiliari (ventilazione, con<strong>di</strong>zionamento, solare, ecc.) viene<br />
opportunamente evidenziata e definita negli elementi essenziali.<br />
3.3.1.5. Utilizzo combustibili ed energia elettrica<br />
L'analisi delle bollette energetiche è senza dubbio uno <strong>degli</strong> elementi <strong>di</strong> maggiore criticità dell'au<strong>di</strong>t, in<br />
quanto ne costituisce la base oggettiva per la valutazione dei potenziali <strong>di</strong> risparmio.<br />
L'analisi delle bollette può inoltre consentire <strong>di</strong> evidenziare margini <strong>di</strong> opportunità, come ad esempio<br />
la possibilità <strong>di</strong> applicazione dell'accisa ridotta, per applicazioni industriali o assimilate (ad esempio, centri<br />
sportivi).<br />
Nella Fig. 3.3.2 si riportano i valori del costo annuo specifico, destagionalizzato e comprensivo <strong>di</strong><br />
IVA, sostenuto per il combustibile destinato al riscaldamento.<br />
Sia i consumi <strong>di</strong> combustibile (destagionalizzati ed attualizzati), sia i consumi <strong>di</strong> energia elettrica<br />
(attualizzati), vengono sud<strong>di</strong>visi tra i vari utilizzi, con appropriate ipotesi ed approssimazioni, sviluppate<br />
sulla base delle norme tecniche <strong>di</strong> riferimento, <strong>di</strong> dati <strong>di</strong> letteratura e <strong>di</strong> esperienze consolidate: in tal modo, è<br />
possibile stimare dei potenziali <strong>di</strong> risparmio per ogni categoria <strong>di</strong> consumo.<br />
Fig. 3.3.1 Potenziale <strong>di</strong> risparmio rispetto al totale e <strong>di</strong>viso per funzione.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
Fig. 3.3.2 Costo annuo combustibile destagionalizzato (W/m 3 ).<br />
3.3.1.6. Ambientale<br />
141<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
I consumi ed i potenziali <strong>di</strong> risparmio <strong>di</strong> combustibile e <strong>di</strong> energia elettrica vengono tradotti in termini<br />
<strong>di</strong> produzione e risparmio <strong>di</strong> CO2, principale in<strong>di</strong>catore dell'impatto ambientale del sistema e<strong>di</strong>ficio-impianto<br />
analizzato.<br />
Fig. 3.3.3 Emissioni totali e il potenziale <strong>di</strong> riduzione delle emissioni.<br />
3.3.1.7. In<strong>di</strong>catori sintetici<br />
L'analisi condotta viene riassunta in alcuni in<strong>di</strong>catori sintetici, tra cui il potenziale <strong>di</strong> risparmio<br />
economico: si evidenziano cioè i valori che possono andare a remunerare gli investimenti da sostenere per la<br />
riqualificazione energetica dell'e<strong>di</strong>ficio.<br />
Si procede inoltre ad una verifica sulla potenza termica installata, che spesso, soprattutto negli e<strong>di</strong>fici<br />
più anziani, risulta decisamente sovra<strong>di</strong>mensionata rispetto all'effettivo fabbisogno (Fig. 3.3.5).<br />
Fig. 3.3.4 Costo totale e potenziale economico <strong>di</strong> risparmio.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
Fig. 3.3.5 Ottimizzazione potenza installata.<br />
3.3.1.8. Criteri <strong>di</strong> intervento<br />
142<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Si in<strong>di</strong>cano, in via qualitativa, i criteri <strong>di</strong> intervento sul sistema e<strong>di</strong>ficio-impianto, sud<strong>di</strong>visi tra e<strong>di</strong>li,<br />
meccanici ed elettrici.<br />
3.3.1.9. Prestazioni energetiche<br />
L'analisi delle prestazioni energetiche dell'e<strong>di</strong>ficio viene condotta per la situazione esistente e per la<br />
situazione in cui si immaginano <strong>degli</strong> interventi <strong>di</strong> riqualificazione energetica dell'involucro e<strong>di</strong>lizio e/o<br />
dell'impianto termico. La <strong>di</strong>fferenza <strong>di</strong> fabbisogno energetico tra le due situazioni viene utilizzata nell'analisi<br />
economica.<br />
La stima della riduzione del fabbisogno <strong>di</strong> energia, in ogni caso, è sempre stata effettuata applicando ai<br />
consumi reali (ricavati dall'analisi delle bollette) la medesima percentuale ricavata dall'analisi energetica<br />
effettuata con il metodo BEST Class, con eventuali adattamenti prudenziali, in relazione al grado <strong>di</strong><br />
affidabilità delle bollette ed al tipo <strong>di</strong> intervento.<br />
Fig. 3.3.6 Classificazione energetica secondo fasce che <strong>di</strong>pendono dal fabbisogno energetico.<br />
Nella Tab. 3.3.2 si riportano le classi <strong>di</strong> appartenenza <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici, con riferimento ai consumi ed ai<br />
modelli <strong>di</strong> calcolo.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
Tab. 3.3.2 Classificazione energetica.<br />
143<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Poiché il metodo <strong>di</strong> classificazione energetica prescinde dal fattore <strong>di</strong> forma (rapporto<br />
superficie/volume), quasi tutti gli e<strong>di</strong>fici risultano appartenere a classi molto elevate, anche nella situazione<br />
riqualificata, pur a fronte <strong>di</strong> notevoli riduzioni del fabbisogno termico.<br />
Fig. 3.3.7 Riduzione fabbisogno con riqualificazione energetica.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
3.3.1.10. Valutazioni economiche<br />
144<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Sulla base delle risultanze dell'analisi energetica e della quantificazione economica <strong>degli</strong> interventi<br />
(ve<strong>di</strong> Tab. 3.3.3), si procede ad una completa valutazione economica e finanziaria, presentando sia valori<br />
sintetici (VAN o TIR), sia valori analitici (flussi <strong>di</strong> cassa). Nella Fig. 3.3.8 si riportano i tempi <strong>di</strong> ritorno<br />
semplici <strong>degli</strong> interventi.<br />
Fig. 3.3.8 Tempo <strong>di</strong> ritorno interventi <strong>di</strong> riqualificazione (anni).<br />
Tab. 3.3.3 Costi <strong>di</strong> gestione ed interventi <strong>di</strong> riqualificazione.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
3.3.2. Interventi <strong>di</strong> riqualificazione<br />
145<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
In allegato all'au<strong>di</strong>t, vengono riportati alcuni documenti, che descrivono e quantificano gli interventi <strong>di</strong><br />
riqualificazione energetica ipotizzati. Tra i possibili interventi con valenze energetiche, si procede, per ogni<br />
e<strong>di</strong>ficio, ad un'analisi contestualizzata, in modo da in<strong>di</strong>viduare per ogni situazione gli specifici aspetti <strong>di</strong><br />
convenienza ed opportunità.<br />
I documenti prodotti sono i seguenti:<br />
1. relazione tecnica<br />
2. computo metrico estimativo<br />
3. quadro tecnico economico<br />
4. stratigrafie strutture, stato <strong>di</strong> fatto<br />
5. stratigrafie strutture, situazione riqualificata<br />
6. analisi energetica, stato <strong>di</strong> fatto (metodo BEST Class)<br />
7. analisi energetica, situazione riqualificata (metodo BEST Class)<br />
8. elaborati grafici (planimetrie, schemi funzionali, particolari)<br />
3.3.2.1. Interventi e<strong>di</strong>li<br />
La tipologia e gli spessori <strong>degli</strong> isolanti proposti per la riqualificazione energetica delle strutture<br />
opache verticali e delle strutture opache orizzontali o inclinate, nonché la tipologia dei serramenti e delle<br />
vetrature proposti per la riqualificazione energetica delle chiusure trasparenti, viene scelta in modo da<br />
rispettare i limiti previsti dal D. Lgs. 192/05, come mo<strong>di</strong>ficato dal D. Lgs. 311/06, a partire dal 1 gennaio<br />
2008.<br />
3.3.2.2. Interventi meccanici<br />
Quando si interviene sul sistema <strong>di</strong> produzione dell'energia termica, si propongono sempre generatori<br />
<strong>di</strong> calore a condensazione, caratterizzati da ren<strong>di</strong>menti stagionali elevati anche nell'abbinamento ad impianti<br />
ad alta temperatura. Tutte le alimentazioni a gasolio vengono trasformate a gas metano.<br />
In alcuni casi, per ottimizzare il ren<strong>di</strong>mento del boiler ad alimentazione elettrica per la produzione <strong>di</strong><br />
acqua calda sanitaria, si prevede l'installazione <strong>di</strong> un apparecchio a pompa <strong>di</strong> calore, condensato ad aria,<br />
idoneo all'installazione all'interno <strong>di</strong> ambienti.<br />
In altri casi, si prevedono mo<strong>di</strong>fiche o integrazioni ai sistemi <strong>di</strong> regolazione.<br />
3.3.2.3. Interventi elettrici<br />
Gli interventi proposti vanno dalla sostituzione delle lampade ad incandescenza con lampade<br />
fluorescenti <strong>di</strong> tipo compatto, a basso consumo energetico, al rifasa mento dell'impianto, a seconda della<br />
specifica situazione.<br />
3.3.3. Energie rinnovabili<br />
Nell'ambito dell'au<strong>di</strong>t si pone particolare attenzione ad evidenziare elementi <strong>di</strong> riflessione su<br />
convenienza ed opportunità del ricorso a fonti <strong>di</strong> energia rinnovabili. Pur tenendo sempre presente le<br />
possibili applicazioni <strong>di</strong> cogenerazione, geotermia, eolico, idroelettrico, biomasse, nella maggior parte delle<br />
situazioni analizzate – considerato anche l'attuale contesto normativo - ci si concentra in particolare<br />
sull'energia solare:<br />
• solare termico: considerate le necessità della vicinanza fisica all'utilizzo e della corrispondenza tra il<br />
profilo <strong>di</strong> utilizzo ed il profilo della ra<strong>di</strong>azione solare, l'impianto solare termico viene in genere<br />
proposto per i centri sportivi, per le piscine e per le scuole dell'infanzia o materne;<br />
• solare fotovoltaico (FV): poiché l'energia elettrica è ovunque fruibile e le installazioni sono<br />
relativamente semplici, tra i fattori <strong>di</strong> scelta per un impianto FV non risulta critico l'abbinamento ad
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
146<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
uno specifico e<strong>di</strong>ficio o ad uno specifico utilizzo <strong>di</strong> questi; non si prevede quin<strong>di</strong> un'acritica<br />
installazione <strong>di</strong> impianti FV su tutti gli e<strong>di</strong>fici analizzati, ma si propone invece una valutazione<br />
economico-finanziaria <strong>di</strong> alcune taglie <strong>di</strong> impianto, fornendo delle in<strong>di</strong>cazioni sulle possibili<br />
installazioni e senza <strong>di</strong>menticare il ruolo <strong>di</strong> esemplarità richiesto alle amministrazioni pubbliche<br />
3.3.4. Considerazioni conclusive<br />
Il confronto tra i dati emersi dalle analisi permette alcune osservazioni.<br />
3.3.4.1. Consumi stimati - consumi effettivi<br />
La <strong>di</strong>scordanza tra i consumi effettivi destagionalizzati ed i consumi stimati con il metodo BEST Class<br />
appare oltremodo significativa (Fig. 3.3.9).<br />
Fig. 3.3.9 Scostamento tra modello stato <strong>di</strong> fatto e consumi effettivi.<br />
3.3.4.2. Interventi <strong>di</strong> riqualificazione energetica<br />
Gli interventi <strong>di</strong> riqualificazione energetica portano ad una previsione globale <strong>di</strong> spesa <strong>di</strong> oltre 5<br />
milioni <strong>di</strong> €, IVA compresa. Nella Fig. 3.3.10 si riportano i valori del costo unitario, IVA compresa,<br />
dell'energia risparmiata.<br />
Fig. 3.3.10 Costo unitario energia risparmiata (c€/kWh).
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
147<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
3.4. Esempio <strong>di</strong> au<strong>di</strong>t energetico: l’integrazione dell’impianto <strong>di</strong> cogenerazione<br />
con la rete <strong>di</strong> teleriscaldamento e la piscina coperta del campus, Universita’ <strong>degli</strong><br />
<strong>Stu<strong>di</strong></strong> <strong>di</strong> Salerno<br />
L’au<strong>di</strong>t energetico che si analizza <strong>di</strong> seguito propone delle migliorie dei flussi energetici attraverso<br />
l’integrazione dell’impianto <strong>di</strong> cogenerazione, tratto dagli atti del convegno AICARR “I sistemi <strong>di</strong><br />
climatizzazione per un nuovo equilibrio tra uomo e ambiente”, Rocco Carfagna.<br />
3.4.1. Analisi della situazione esistente<br />
L'idea formulata, già in fase <strong>di</strong> progetto, tiene conto delle utenze a più alto consumo energetico, della<br />
flessibilità <strong>di</strong> gestione e delle <strong>di</strong>sponibilità finanziarie <strong>di</strong> Ateneo, e si è concretizzata con la soluzione<br />
impiantistica che in<strong>di</strong>viduava la piscina quale utenza privilegiata per:<br />
• sfruttamento dell'energia termica prodotta del cogeneratore,<br />
• rete <strong>di</strong> teleriscaldamento del campus quale utenza secondaria sempre per lo sfruttamento dell'energia<br />
termica.<br />
Con riferimento ad una simulazione che teneva conto del massimo sfruttamento dell'impianto sportivo<br />
è stato possibile rilevare che il tempo <strong>di</strong> ritorno utile dell'investimento si <strong>di</strong>mezzava quasi nel caso <strong>di</strong> uso<br />
continuativo della piscina rispetto ad un uso limitato ai soli giorni feriali (il Pay Back semplice passa da 7,78<br />
a 4,08 anni).<br />
Da ciò si deduce, pertanto, che la red<strong>di</strong>tività dell'investimento aumenta quanto più è intenso lo<br />
sfruttamento dell'impianto piscina e dei servizi energetici connessi ad essa.<br />
3.4.1.1. L'impianto a servizio della piscina<br />
• Produzione centrale termica: acqua calda sia d'estate che d'inverno,<br />
• potenza: due gruppi termici a combustione pressurizzata da 750 KWt cadauno,<br />
• alimentazione: gas metano,<br />
• scambio termico: per la sola sala vasca è assicurato da due scambiatori <strong>di</strong> calore per un totale <strong>di</strong> 750<br />
kWt.<br />
I circuiti idraulici che partono dalla centrale della piscina:<br />
• circuito primario per alimentazione acqua calda agli scambiatori bollitori;<br />
• circuito secondario per alimentazione acqua calda agli scambiatori acqua piscina e batterie <strong>di</strong> scambio<br />
termico unità <strong>di</strong> trattamento aria della sala piscina;<br />
• circuito secondario per alimentazione acqua calda 80/70°C ai ra<strong>di</strong>atori;<br />
• circuito secondario per alimentazione acqua calda batterie <strong>di</strong> scambio termico unità <strong>di</strong> trattamento aria<br />
a servizio <strong>degli</strong> spogliatoi e servizi igienici con pompe;<br />
• circuito secondario per alimentazione in commutazione stagionale <strong>di</strong> acqua calda alle batterie <strong>di</strong><br />
scambio termico unità <strong>di</strong> trattamento aria del bar-caffetteria.<br />
L'impianto <strong>di</strong> termoventilazione per il riscaldamento e la ventilazione in tutte le stagioni della sala<br />
vasca ha le seguenti caratteristiche:<br />
• tipo: a tutt'aria, trattata centralmente in unità termo ventilante a doppio ventilatore;<br />
• portata <strong>di</strong> aria: 42.000 m 3 /h;<br />
• altri sistemi connessi: recuperatore <strong>di</strong> calore (avente un'efficienza del 50%) del tipo a doppia batteria<br />
in rame alluminio e fluido interme<strong>di</strong>o meccanicamente accelerato a mezzo pompa. La composizione <strong>di</strong><br />
tale unità <strong>di</strong> trattamento aria è rappresentata in Fig. 3.4.1.
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148<br />
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Fig. 3.4.1 Composizione della centrale <strong>di</strong> trattamento aria “sala vasca” piscina.<br />
3.4.1.2. La rete <strong>di</strong> teleriscaldamento del campus universitario<br />
Le rete <strong>di</strong> teleriscaldamento del campus <strong>di</strong> Fisciano:<br />
• <strong>di</strong>mensionata per un salto termico tra mandata e ritorno del circuito primario pari a 20°C (temperatura<br />
acqua mandata: 90-85°C, ritorno: 70-65°C);<br />
• rete sotto<strong>di</strong>mensionata rispetto alla potenza termica erogata dalle caldaie;<br />
• messa a regime più lunga <strong>degli</strong> impianti e dunque serve l’accensione anticipata dei generatori.<br />
La logica del sistema <strong>di</strong> regolazione attualmente presente in centrale prevede un sistema del tipo “a<br />
cascata” che consente l'avviamento, la parzializzazione e la esclusione automatica dei generatori in funzione<br />
del reale carico termico richiesto a valle dalle utenze ed in funzione anche dei parametri esterni <strong>di</strong><br />
temperatura.<br />
3.4.2. La configurazione impiantistica della centrale cogenerativa<br />
Ogni unità <strong>di</strong> cogenerazione presenta:<br />
• un motore:<br />
o alimentazione: gas metano;<br />
o cilindrata: 29200 cm 3 con 12 cilindri a V;<br />
• un generatore sincrono (per la sorgente <strong>di</strong> energia elettrica):<br />
o velocità nominale: 1500 giri/min;<br />
• ren<strong>di</strong>mento totale: 39,4%.<br />
Le specifiche tecniche dei gruppi <strong>di</strong> cogenerazione previsti in fase <strong>di</strong> progettazione, riferite a<br />
con<strong>di</strong>zioni standard, sono riportate in Tab. 3.4.1:<br />
Tab. 3.4.1 Caratteristiche tecniche dei moduli <strong>di</strong> cogenerazione.<br />
Ciascun cogeneratore produce l'energia termica destinata all'utilizzatore finale in due circuiti<br />
in<strong>di</strong>pendenti in grado <strong>di</strong> poter cedere l'energia termica all'utenza teleriscaldamento campus, all'utenza piscina
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Versione 1<br />
o ad entrambe. La massima potenza termica del sistema è data dalla somma delle potenze erogate dai due<br />
circuiti nelle con<strong>di</strong>zioni <strong>di</strong> pieno utilizzo.<br />
3.4.3. Analisi del bilancio energetico e dei piani orari <strong>di</strong> funzionamento<br />
La configurazione dell'impianto <strong>di</strong> cogenerazione prevista in fase <strong>di</strong> progetto prevede, come è stato già<br />
accennato, la cessione dell'energia termica solo al circuito teleriscaldamento campus, solo alle utenze piscina<br />
o ad entrambi i circuiti.<br />
In Tab. 3.4.2 sono riportati i consumi <strong>di</strong> metano, registrati nell'anno 2006, per l'alimentazione della<br />
Centrale Termica a servizio del campus <strong>di</strong> Fisciano (Ggen) e per quella della piscina coperta (Gp) ed i<br />
corrispondenti consumi <strong>di</strong> energia termica (Egen e Etp).<br />
La Fig. 3.4.2 mette a confronto i due valori <strong>di</strong> consumo energetico con la loro somma (Etgen,p).<br />
Tab. 3.4.2 Consumi gas metano ed energia termica richieste C.T. campus e piscina - Anno 2006.<br />
Fig. 3.4.2 Diagramma consumi energetici 2006 C.T. campus e piscina.<br />
È opportuno precisare che nel mese <strong>di</strong> gennaio 2006 la piscina non era ancora in esercizio. Ciò spiega<br />
i consumi nulli registrati per tale impianto nel mese specificato.
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Versione 1<br />
Dall'esame del <strong>di</strong>agramma <strong>di</strong> carico elettrico dell'intero campus <strong>di</strong> Fisciano relativo al giorno me<strong>di</strong>o<br />
feriale e festivo (Fig. 3.4.3) dell'anno 2006 si evince che il carico minimo giornaliero si attesta intorno agli<br />
800 kW.<br />
Fig. 3.4.3 Curva <strong>di</strong> carico elettrico del campus relativa al giorno me<strong>di</strong>o feriale e festivo - Anno 2006.<br />
Le informazioni <strong>di</strong>sponibili hanno reso possibile la costruzione del piano orario <strong>di</strong> funzionamento<br />
ottimizzato del cogeneratore (Tab. 3.4.3) basato sull'attuale impiego della piscina, utilizzata solo nei giorni<br />
feriali.<br />
Tab. 3.4.3 Piano orario <strong>di</strong> funzionamento della centrale <strong>di</strong> cogenerazione.<br />
Dall'analisi della Tab. 3.4.3 è possibile osservare che e stato previsto un funzionamento dell'impianto<br />
in linea con gli attuali orari <strong>di</strong> apertura delle strutture universitarie (cioè 5 giorni settimanali su 7 dal lunedì al<br />
venerdì).<br />
• Profilo invernale:<br />
o durata <strong>di</strong> esercizio della centrale <strong>di</strong> teleriscaldamento del campus: dal 1 novembre al<br />
15 aprile,<br />
o orari: dalla ore 7,00 alle ore 19,00,<br />
o sono state considerate 13 ore <strong>di</strong> sfruttamento dell'energia termica del cogeneratore<br />
(con un'ora <strong>di</strong> anticipo rispetto all'accensione <strong>degli</strong> impianti termici d'Ateneo).
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151<br />
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Versione 1<br />
• Profilo estivo:<br />
o strutturato in maniera tale da utilizzare il calore dell'impianto <strong>di</strong> cogenerazione un'ora<br />
ogni due (l'energia termica prodotta complessivamente in tale periodo, superiore a<br />
quella effettivamente richiesta dall'impianto termico della piscina, ve<strong>di</strong> Fig. 3.4.4).<br />
• Profilo interme<strong>di</strong>o:<br />
o strutturato in modo da far funzionare l'impianto alternativamente ogni ora (produzioni<br />
energetiche utili rappresentate in Fig. 3.4.5).<br />
Fig. 3.4.4 Dettaglio energia termica richiesta e fornita in estate.<br />
Fig. 3.4.5 Energia termica richiesta e fornita.<br />
La Fig. 3.4.6 pone a confronto il consumo <strong>di</strong> gas metano con e senza impianto <strong>di</strong> cogenerazione:<br />
• l'impianto <strong>di</strong> cogenerazione incrementa i consumi <strong>di</strong> metano anche in estate,<br />
• rende meno <strong>di</strong>scontinuo l'andamento della curva dei consumi,<br />
• possibilità <strong>di</strong> usufruire <strong>di</strong> con<strong>di</strong>zioni <strong>di</strong> fornitura <strong>di</strong> gas metano maggiormente favorevoli dal punto <strong>di</strong><br />
vista economico data la continuità dei prelievi durante l'anno.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
Fig. 3.4.6 Consumo gas metano con e senza impianto <strong>di</strong> cogenerazione.<br />
Tab. 3.4.4 Analisi economica dell'investimento.<br />
152<br />
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Versione 1<br />
L'intera produzione <strong>di</strong> energia elettrica verrà utilizzata per le utenze elettriche del campus fatta<br />
eccezione per gli eventuali esuberi nelle ore notturne o nei giorni festivi. In tal caso l'energia in surplus sarà<br />
immessa nella rete del gestore.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
3.4.4. Analisi economica dell'investimento<br />
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Versione 1<br />
L'investimento complessivo per la realizzazione dell'impianto <strong>di</strong> cogenerazione <strong>di</strong> cui trattasi ammonta<br />
a complessivi € 1.328.646,05, riguardante:<br />
• costi per la realizzazione dell'impianto,<br />
• servizi ausiliari ad esso connessi,<br />
• interventi <strong>di</strong> manutenzione per i primi anni a partire dalla messa in marcia dell'impianto.<br />
Dal confronto dei parametri riportati nella Tab. 3.4.4 si evince che il tempo <strong>di</strong> ritorno utile dell'investimento<br />
calcolato sul costo totale effettivo dell'impianto, senza tenere conto del finanziamento concesso dalla<br />
Provincia <strong>di</strong> Salerno, è <strong>di</strong> 7,34 anni, che ovviamente si incrementa in termini Valore Attuale Netto. Il pay<br />
back semplice al netto del finanziamento è invece pari a 5,43 anni.<br />
3.4.5. Conclusioni<br />
I risultati dell'analisi economica sono in accordo con i risultati dell'analisi energetica:<br />
• tempo <strong>di</strong> ritorno utile dell'investimento: 5,43 anni,<br />
• in assenza del finanziamento concesso dalla Provincia <strong>di</strong> Salerno il tempo <strong>di</strong> ritorno utile sarebbe stato<br />
<strong>di</strong> 10 anni,<br />
• red<strong>di</strong>tività dell'investimento può aumentare in quanto dai rilievi effettuati negli ultimi mesi i consumi<br />
della piscina sono in lieve crescita per l'entrata a pieno regime <strong>degli</strong> impianti,<br />
quin<strong>di</strong> si potrà ottenere, alla scadenza del tempo <strong>di</strong> vita utile dell'impianto, un evidente risparmio<br />
economico relativamente ai costi sostenuti per l'approvvigionamento energetico elettrico e termico del<br />
campus universitario <strong>di</strong> Fisciano.
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154<br />
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3.5. Esempio <strong>di</strong> au<strong>di</strong>t energetico: cinquanta condomini, Milano<br />
Si presenta <strong>di</strong> seguito un esempio <strong>di</strong> au<strong>di</strong>t energetico svolto a Milano da Enel.si, e in particolare da<br />
paolo Lucioli e Cau<strong>di</strong>o Minucci, riguardante la riqualificazione impiantistica e classificazione energetica <strong>di</strong><br />
una cinquantina <strong>di</strong> condomini.<br />
3.5.1. Dati caratteristici <strong>degli</strong> impianti<br />
Tutti i 52 condomini analizzati hanno:<br />
• impianto <strong>di</strong> riscaldamento centralizzato,<br />
• generatori <strong>di</strong> calore alimentati con gas metano.<br />
Buona parte dei generatori <strong>di</strong> calore sono stati sostituiti nel corso <strong>degli</strong> ultimi anni e sono state messe<br />
in opera caldaie ad alto ren<strong>di</strong>mento del tipo a condensazione.<br />
La regolazione dei vari impianti:<br />
• è rimasta quella tra<strong>di</strong>zionale,<br />
• è con compensazione climatica (regolazione centralizzata con sonda <strong>di</strong> temperatura esterna).<br />
Gli impianti si <strong>di</strong>fferenziano tra loro per le seguenti caratteristiche:<br />
• in 40 condomini sono presenti generatori a condensazione <strong>di</strong> recente installazione;<br />
• la produzione centralizzata <strong>di</strong> acqua calda sanitaria è presente solamente su 4condomini;<br />
• la regolazione <strong>di</strong> zona è presente in soli 3 condomini;<br />
• la regolazione negli altri 49 casi è <strong>di</strong> tipo centralizzato con valvola a 3 vie oppure modulazione sul<br />
bruciatore; in entrambi i casi è presente una sonda <strong>di</strong> compensazione esterna;<br />
L’idronica è eterogenea e prevede per la circuitazione <strong>di</strong> centrale e secondaria:<br />
• unica pompa su circuito <strong>di</strong>retto (in 13 casi);<br />
• valvola a 3 vie + unica pompa su circuito secondario a spillamento (in18 casi);<br />
• separatore idraulico + unica pompa su circuito secondario a spillamento (in 10 casi);<br />
• scambiatore con pompa primaria + pompa su circuito secondario (in 11 casi);<br />
I terminali <strong>di</strong> riscaldamento sono costituiti da:<br />
• pannelli ra<strong>di</strong>anti a pavimento (in 4 casi);<br />
• ra<strong>di</strong>atori tra<strong>di</strong>zionali + pannelli ra<strong>di</strong>anti (in 1 caso);<br />
• ra<strong>di</strong>atori tra<strong>di</strong>zionali + fan-coils (in 1 caso);<br />
• ra<strong>di</strong>atori tra<strong>di</strong>zionali (in tutti gli altri dei casi).<br />
In nessun condominio sono previsti sistemi <strong>di</strong> climatizzazione che effettuano il trattamento dell’aria<br />
esterna (aria primaria).<br />
Nello sviluppo del metodo <strong>di</strong>retto non è necessaria la conoscenza dettagliata delle caratteristiche<br />
geometriche e tipologiche <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici. E’ sufficiente conoscere tre caratteristiche geometriche: il volume<br />
riscaldato, la superficie <strong>di</strong>sperdente e quella calpestabile.<br />
3.5.2. Impronta energetica <strong>di</strong> un condominio<br />
Si propone nel seguito, a scopo esemplificativo, la determinazione dell’impronta energetica del<br />
condominio identificato dal progressivo n.° 24.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
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Versione 1<br />
Tramite le letture dei contatori gas metano è possibile ricavare l’energia assorbita in un periodo <strong>di</strong><br />
tempo (tipicamente 15 giorni). Considerando il numero <strong>di</strong> giorni tra le letture e le ore giornaliere <strong>di</strong><br />
accensione dell’impianto, è possibile risalire al valore me<strong>di</strong>o della potenza impegnata al generatore.<br />
Tab. 3.5.1 Consumi e temperature giornaliere dell’aria - condominio n.° 24.<br />
I valori <strong>di</strong> temperatura esterna dell’aria sono stati ricavati da un database <strong>di</strong> dati meteorologici validati<br />
(Ufficio Meteorologico dell’Aeronautica Militare) per la città <strong>di</strong> Milano.<br />
3.5.3. Classificazione energetica <strong>di</strong> un condominio<br />
Per lo stesso condominio <strong>di</strong> esempio si riporta la determinazione della Classificazione Energetica.<br />
In base ai dati <strong>di</strong> consumo raccolti, ed a seguito dell’impronta energetica che ha fornito le necessarie<br />
informazioni sull’utilizzo del sistema e<strong>di</strong>fico-impianto, il condominio n.° 24 risulta classificabile secondo la<br />
meto<strong>di</strong>ca <strong>di</strong>retta descritta precedentemente.<br />
Il fattore <strong>di</strong> forma S/V è stato calcolato prendendo come riferimento mappe e foto ricavate via Web.<br />
La classificazione energetica del condominio risulta pari a 67 kWh/m 2 annui.<br />
3.5.4. Interventi <strong>di</strong> riqualificazione impiantistica<br />
In base ai dati riscontrati con l’impronta energetica su un totale <strong>di</strong> n.° 52 condomini valutati, sono stati<br />
ritenuti idonei per gli interventi <strong>di</strong> riqualificazione impiantistica n.° 35 siti. Questi condomini rispondono ai<br />
seguenti requisiti:<br />
• coefficiente <strong>di</strong> determinazione R 2 maggiore <strong>di</strong> 0,7;<br />
• utilizzo della centrale termica per il solo riscaldamento <strong>degli</strong> ambienti;<br />
• tempo <strong>di</strong> ritorno dell’investimento entro 8 anni.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
Tab. 3.5.2 Riepilogo condomini idonei alla riqualificazione impiantistica.<br />
156<br />
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Versione 1<br />
L’impronta energetica ha evidenziato la possibilità <strong>di</strong> procedere ad una riqualificazione impiantistica:<br />
• laddove la temperatura me<strong>di</strong>a <strong>di</strong> utilizzo è elevata,<br />
• l’elevata temperatura me<strong>di</strong>a <strong>di</strong> utilizzo dell’impianto è in<strong>di</strong>ce <strong>di</strong> squilibri che comportano,una<br />
sovratemperatura negli ambienti più favoriti,<br />
Il risparmio è stato valutato proporzionalmente al rapporto tra la <strong>di</strong>fferenza tra la temperatura interna<br />
normalizzata e quella me<strong>di</strong>a stagionale <strong>di</strong>viso la <strong>di</strong>fferenza fra la temperatura me<strong>di</strong>a <strong>di</strong> calcolo e quella<br />
me<strong>di</strong>a stagionale.<br />
Per ottenere il risparmio valutato sopra, in mancanza <strong>di</strong> precise informazioni sul lay-out della<br />
<strong>di</strong>stribuzione idrica, ma considerato che i condomini in oggetto sono tutti <strong>di</strong> vecchia costruzione (prima <strong>degli</strong><br />
anni ’70), si è ipotizzato <strong>di</strong> trovarci in presenza <strong>di</strong> impianti a colonne, non sezionabili a zone, e per i quali si<br />
rende necessario, per ottenere una temperatura <strong>di</strong> utilizzo uniforme in tutte le utenze, l’adozione <strong>di</strong> valvole<br />
termostatiche.<br />
Per le successive valutazioni economiche sono state fatte due ipotesi <strong>di</strong> base:<br />
• presenza <strong>di</strong> 1 ra<strong>di</strong>atore ogni 15 m2 <strong>di</strong> superficie calpestabile;<br />
• costo in opera <strong>di</strong> un complesso valvola termostatica + ripartitore <strong>di</strong> calore pari a 100 €.
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Versione 1<br />
Tab. 3.5.3 Valutazioni economiche sugli interventi <strong>di</strong> riqualificazione impiantistica.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
3.5.5. Dati riepilogativi e<strong>di</strong>fici analizzati<br />
158<br />
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Versione 1<br />
Nelle tabelle successive sono stati riepilogati tutti i condomini oggetto <strong>di</strong> indagine.<br />
Tab. 3.5.4 Dati <strong>di</strong> consumo + dati tipologici ed impiantistici.
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Versione 1<br />
Tab. 3.5.5 Classificazione energetica attuale e confronto con classificazione energetica dopo la<br />
riqualificazione dei 35 condomini.<br />
3.5.6. Conclusioni<br />
Per la <strong>di</strong>agnosi energetica del sistema <strong>di</strong> riscaldamento è stato utilizzato il metodo <strong>di</strong> indagine <strong>di</strong>retto<br />
applicandolo ad un gruppo <strong>di</strong> 52 condomini, omogeneo per caratteristiche ambientali. Il modello matematico<br />
si è <strong>di</strong>mostrato in grado <strong>di</strong> descrivere con grande fedeltà il fenomeno fisico (R 2 me<strong>di</strong>o = 0,84); solamente su<br />
4 impianti il modello non si è rivelato applicabile (R 2 me<strong>di</strong>o = 0,43).<br />
In 40 impianti sono stati recentemente sostituiti i generatori <strong>di</strong> calore con modelli a condensazione e le<br />
impronte energetiche hanno evidenziato che i nuovi generatori sono stati correttamente <strong>di</strong>mensionati.<br />
Ciononostante su 35 dei condomini analizzati esiste un ulteriore margine <strong>di</strong> miglioramento (me<strong>di</strong>amente pari<br />
al 27% con tempi <strong>di</strong> ritorno dell’investimento <strong>di</strong> 3 anni) sostituendo l’attuale sistema <strong>di</strong> regolazione <strong>di</strong> tipo<br />
centralizzato con uno <strong>di</strong> zona (valvole termostatiche).<br />
Con il metodo <strong>di</strong>retto si perviene ad una Classificazione Energetica paragonabile alla Certificazione<br />
Energetica richiesta dal dlgs 192/05. I 52 condomini hanno un fabbisogno energetico annuo me<strong>di</strong>o <strong>di</strong> 128<br />
kWh/m 2 anno.<br />
Il fabbisogno energetico annuo dei 35 condomini, per i quali si propone la riqualificazione<br />
impiantistica, potrebbe migliorare da 136 kWh/ m 2 anno a 97 kWh/ m 2 anno.
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Versione 1<br />
3.6. Esempio <strong>di</strong> au<strong>di</strong>t energetico: casa a basso consumo, comune <strong>di</strong> Torino<br />
Di seguito si presenta un esempio <strong>di</strong> au<strong>di</strong>t energetico svolto a Torino in una residenza unifamiliare. Il<br />
lavoro è svolto da Davide Truffo, Maurizio Maggi, Chiara Borsero e Luca Tartaglia.<br />
3.6.1. Il caso <strong>di</strong> stu<strong>di</strong>o<br />
3.6.1.1. Situazione <strong>di</strong> partenza:<br />
• E<strong>di</strong>ficio: residenziale unifamiliare <strong>degli</strong> anni ’60 (Fig. 3.6.1) sito nel comune <strong>di</strong> Pino Torinese (TO),<br />
• classe energetica: NQE, secondo software DOCET.<br />
• superficie utile: 266 m 2 ,<br />
• zona climatica: F,<br />
• gra<strong>di</strong> giorno: 3045,<br />
• rapporto S/V: 0,65,<br />
• FEP: 413 kWh/m 2 anno.<br />
3.6.1.2. Obiettivi <strong>di</strong> progetto<br />
L’obiettivo del progetto:<br />
• riqualificazione energetica integrale (Fig. 3.6.1),<br />
• raggiungimento della classe A attraverso:<br />
o l’ottimizzazione delle prestazioni termiche dell'involucro e<strong>di</strong>lizio;<br />
o l’installazione <strong>di</strong> impianti ad alta efficienza energetica.<br />
Fig. 3.6.1 Abitazione unifamiliare <strong>di</strong> partenza e progetto <strong>di</strong> riqualificazione.<br />
3.6.1.3. Ottimizzazione delle prestazioni termiche dell'involucro e<strong>di</strong>lizio<br />
Per questo aspetto sono state adottate norme nazionali D.lgs. 192/05 e s.m.e i. e la legge regionale<br />
13/07 con linee progettuali volte a:<br />
• ridurre le <strong>di</strong>spersioni termiche invernali me<strong>di</strong>ante elevato isolamento <strong>di</strong> pareti, solai, copertura e<br />
serramenti con:<br />
o pareti e solai con strati <strong>di</strong> elevato spessore in polistirene estruso con grafite dello<br />
spessore me<strong>di</strong>o <strong>di</strong> 16 cm (trasmittanza 0,030 W/m 2 K),<br />
o copertura con 24 cm <strong>di</strong> polistirene e più strati <strong>di</strong> pannelli in fibra <strong>di</strong> legno hanno<br />
consentito <strong>di</strong> raggiungere una trasmittanza <strong>di</strong> 0,11 W/m 2 K,<br />
o serramenti con legno e triplo vetro basso-emissivo e doppia camera riempita con<br />
argon (trasmittanza 0,88 W),<br />
• eliminare i ponti termici,
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• ridurre i carichi estivi con ombreggiamento e schermature solari.<br />
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Versione 1<br />
Trasmittanza termica delle strutture verticali opache 0.15 W/m 2 K<br />
Trasmittanza termica delle strutture orizzontali opache 0.13 W/m 2 K<br />
Trasmittanza termica delle parete <strong>di</strong>visorie interne 0.8 W/m 2 K<br />
Trasmittanza termica delle chiusure trasparenti (valore me<strong>di</strong>o vetro/telaio) 0.88 W/m 2 K<br />
Tab. 3.6.1 Valori <strong>di</strong> riferimento adottati per l’involucro riqualificato.<br />
La presenza <strong>di</strong> possibili ponti termici è stata eliminata in questi mo<strong>di</strong>:<br />
• per le pareti opache, un cappotto esterno in polistirene sinterizzato con aggiunta <strong>di</strong> grafite sulle pareti<br />
verticali,<br />
• per i solai, un isolamento tra zone termiche <strong>di</strong>fferenti,<br />
• per la parte contro terra, un ulteriore cappotto esterno in vetro cellulare,<br />
• per assicurare l’eliminazione <strong>di</strong> possibili ponti tra le aperture e le pareti opache, si installano<br />
serramenti a filo con la parete esistente e proseguire con l’isolante del cappotto per 5 cm sui montanti<br />
dei serramenti,<br />
• per i balconi, il progetto ha previsto la loro demolizione e il successivo ripristino con struttura<br />
in<strong>di</strong>pendente e fissaggio me<strong>di</strong>ante tasselli coibentati alla parete esistente e ai montanti in legno del<br />
sistema <strong>di</strong> schermatura.<br />
La riduzione dei carichi estivi è stata raggiunta con:<br />
• un intervento <strong>di</strong>retto, che prevede un sistema <strong>di</strong> schermature solari esterne, <strong>di</strong>rettamente sulle facciate<br />
esposte a irraggiamento, me<strong>di</strong>ante un <strong>di</strong>spositivo a lamelle fisse in legno,<br />
• un intervento in<strong>di</strong>retto, che consta <strong>di</strong> una serie <strong>di</strong> piantumazioni nell’area verde <strong>di</strong> pertinenza della<br />
proprietà al fine <strong>di</strong> garantire una riduzione dei carichi estivi incidenti sulla facciata sud, sprovvista <strong>di</strong><br />
sistemi <strong>di</strong> schermatura.<br />
3.6.1.4. Installazione <strong>di</strong> impianti ad alta efficienza energetica<br />
L’adozione <strong>di</strong> soluzioni impiantistiche ad alta efficienza (Fig. 3.6.2) prevede:<br />
• l’utilizzo in ambiente <strong>di</strong> sistemi <strong>di</strong> riscaldamento a bassa temperatura,<br />
• la ventilazione meccanica dei locali con recupero termico,<br />
• il sistema multienergia per il riscaldamento e il raffrescamento ambienti e la produzione <strong>di</strong> ACS<br />
(Acqua Calda Sanitaria),<br />
• pannelli fotovoltaici per la copertura del fabbisogno me<strong>di</strong>o annuale <strong>di</strong> energia elettrica,<br />
• il recupero delle acque meteoriche ai fini irrigui e per alimentare le cacciate dei WC.<br />
3.6.2. Sistema multienergia: soluzioni progettuali e <strong>di</strong>mensionamenti<br />
3.6.2.1. Sistema <strong>di</strong> riscaldamento e raffrescamento ra<strong>di</strong>ante<br />
Per il riscaldamento invernale e il raffrescamento estivo, è stato scelto un impianto ra<strong>di</strong>ante a bassa<br />
temperatura per ottenere maggiore comfort in ambiente, minori consumi energetici con l’abbinamento a una<br />
pompa <strong>di</strong> calore geotermica, un rapporto costi benefici ottimale e ridotti costi <strong>di</strong> manutenzione.
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Versione 1<br />
Fig. 3.6.2 Elementi del sistema impiantistico – (1) pompa <strong>di</strong> calore; (2) serbatoio inerziale; (3) accumulo<br />
multienergia; (4) sonde geotermiche; (5) collettori solari termici; (6) collettori <strong>di</strong> <strong>di</strong>stribuzione; (7)<br />
deumi<strong>di</strong>ficatore; (8) centralina <strong>di</strong> regolazione; (9) griglia <strong>di</strong> espulsione; (10) presa aria esterna; (11)<br />
recuperatore <strong>di</strong> calore; (12) bypass pre freecooling; (13) recupero acque piovane; (14) bocchetta <strong>di</strong> mandata;<br />
(15) bocchetta <strong>di</strong> ripresa; (16) pannelli ra<strong>di</strong>anti; (17) pretemperamento dell’aria; (18) batteria <strong>di</strong> integrazione.<br />
3.6.2.2. Sistema <strong>di</strong> ventilazione meccanica controllata<br />
La ventilazione meccanica controllata assicura il continuo ricambio d’aria nell’abitazione:<br />
• elimina gli inquinanti ed evita la formazione <strong>di</strong> muffe e cattivi odori grazie a un sistema <strong>di</strong><br />
pretemperazione geotermica,<br />
• l’aria esterna si preriscalda in inverno e si preraffresca in estate scambiando calore con il terreno<br />
massimizzando l'efficienza <strong>di</strong> recupero termico del sistema <strong>di</strong> ventilazione.<br />
La regolazione della temperatura dell'aria immessa, viene gestita a punto fisso lato aria e a portata<br />
variabile lato acqua me<strong>di</strong>ante una valvola <strong>di</strong> regolazione a 2 vie autobilanciata <strong>di</strong> tipo a sfera per evitare<br />
problemi <strong>di</strong> trafilamenti.<br />
Tab. 3.6.2 Riepilogo dei risultati del <strong>di</strong>mensionamento in termini <strong>di</strong> portata ed energia assorbita.<br />
3.6.2.3. Centrale termica con sistema multienergia<br />
All'interno della centrale termica è presente il sistema multienergia (Fig. 3.6.3) per la produzione<br />
dell'acqua calda, refrigerata e dell'acqua calda sanitaria (ACS).<br />
È costituito da:<br />
1. pompa <strong>di</strong> calore acqua-acqua;<br />
2. sonde geotermiche;
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
3. collettori solari termici;<br />
4. serbatoio multienergia.<br />
Fig. 3.6.3 Sistema multienergia.<br />
3.6.2.4. Sistema a pompa <strong>di</strong> calore geotermica<br />
163<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
• Sistema <strong>di</strong> produzione dell'energia termica: frigorifera e dell'acqua calda sanitaria,<br />
• tipo pompa <strong>di</strong> calore: acqua-acqua reversibile dotata <strong>di</strong> desurriscaldatore per la produzione dell'acqua<br />
calda sanitaria,<br />
• COP <strong>di</strong> progetto: almeno pari a 4,<br />
• vantaggi: massimizzazione dell’efficienza energetica, riduzione al minimo delle emissioni in<br />
atmosfera e per l’abbinamento ottimale con un impianto fotovoltaico.<br />
Tab. 3.6.3 Con<strong>di</strong>zioni <strong>di</strong> lavoro nominali <strong>di</strong> progetto.<br />
3.6.2.5. Scambiatori geotermici<br />
A causa della conformazione del lotto prevalentemente in pendenza, e per massimizzare l'efficienza, si<br />
è scelta la soluzione con scambiatori verticali.<br />
• Potenza impianto: potenza termica inferiore a 30 kW,<br />
• periodo <strong>di</strong> funzionamento: inferiore alle 2400 ore annue,<br />
• potenza specifica <strong>di</strong> estrazione: 33 W/m (valore me<strong>di</strong>o ricavato dalla relazione geologica a<br />
<strong>di</strong>sposizione),<br />
• profon<strong>di</strong>tà della perforazione: 120 m dal piano campagna,<br />
• numero perforazioni per sonda. 2,
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
164<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
• tipo scambiatori: scambiatori a 4 tubi a doppia U,<br />
• tipo riempimento: grouting composto da una miscela <strong>di</strong> cemento e bentonite garantisce una<br />
conduttività termica simile a quella del terreno,<br />
• efficienza scambiatori: 15-20%,<br />
• fluido termovettore: miscela <strong>di</strong> acqua e glicole propilenico nelle rispettive percentuali 75%/25%.<br />
3.6.2.6. Pannelli solari termici<br />
Il sistema è stato <strong>di</strong>mensionato con l'obiettivo virtuoso <strong>di</strong> coprire l'80% del fabbisogno me<strong>di</strong>o annuo <strong>di</strong><br />
acqua calda sanitaria e, per quanto possibile, integrare il riscaldamento invernale.<br />
• Superficie captante: circa 12 m 2 <strong>di</strong> tubi sottovuoto a scambio <strong>di</strong>retto,<br />
• esposizione: a est,<br />
• integrazione: integrati nella falda con 23° <strong>di</strong> inclinazione,<br />
• vantaggi:<br />
o la condensa che potrebbe formarsi in con<strong>di</strong>zioni <strong>di</strong> clima freddo e umido all'interno<br />
del tubo <strong>di</strong> vetro, esce facilmente, evitando rischi <strong>di</strong> rotture in caso <strong>di</strong> gelo;<br />
o il collettore in caso <strong>di</strong> stagnazione estiva si svuota molto prima, proteggendo l'antigelo<br />
da fenomeni <strong>di</strong> degrado.<br />
• Calcolo del fabbisogno annuale <strong>di</strong> acqua calda sanitaria (ACS)<br />
Ipotesi <strong>di</strong> consumo pari a 75 l/pers giorno, per un totale <strong>di</strong> 6 occupanti<br />
Qacs=m x cp x T<br />
m = volume <strong>di</strong> acqua calda sanitaria (ACS) giornaliera<br />
cp = calore specifico dell’acqua<br />
T = salto termico desiderato (Tin=15.C; Tout=48)<br />
Qacs= 450[litri/giorno]*4,186[KJ/litroK]*33[K]/3600= 17,27 [kWh/giorno]<br />
Per un totale <strong>di</strong> circa 6300 kWh all’anno<br />
3.6.2.7. Sistema <strong>di</strong> accumulo multienergia<br />
Il sistema, per evitare sovratemperature nell’accumulo durante la stagione estiva, ha una capacità <strong>di</strong><br />
1000 litri. La preparazione dell'acqua calda sanitaria avviene con serpentino istantaneo a superficie<br />
maggiorata e successiva miscelazione, evitando così il problema legionella.<br />
3.6.3. Sistema <strong>di</strong> produzione dell'energia elettrica con pannelli fotovoltaici<br />
L’impianto fotovoltaico è <strong>di</strong>mensionato per coprire circa il 50-60% del fabbisogno elettrico me<strong>di</strong>o<br />
annuo “standard”, definito secondo protocollo sintetico ITACA.<br />
• Numero moduli: costituito da 20 elementi in silicio policristallino,<br />
• integrazione: inseriti nel sistema <strong>di</strong> schermatura solare sul fronte ovest,<br />
• potenza pannello: 200 W,<br />
• potenza totale impianto: 4 kWp,<br />
• ren<strong>di</strong>mento: resa garantita del 90% dopo 10 anni e dell’80% dopo 25 anni,<br />
• modalità <strong>di</strong> connessione: scambio sul posto.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
165<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Tab. 3.6.4 Schema riassuntivo dei fabbisogni elettrici dell’e<strong>di</strong>ficio e delle coperture elettriche dovute<br />
all’utilizzo del sistema fotovoltaico.<br />
Dopo l’analisi <strong>degli</strong> assorbimenti elettrici da parte dei vari impianti a servizio dell’e<strong>di</strong>ficio, si è quin<strong>di</strong><br />
ipotizzato:<br />
• consumo annuo a livello impiantistico pari a circa 5150 kWh,<br />
• consumo ipotizzato per il fabbisogno definito “standard”, pari a 7250 kWh/a,<br />
• consumo totale per la conduzione annuale è <strong>di</strong> circa 12400 kWh.<br />
• producibilità del sistema fotovoltaico riesce a raggiungere una copertura pari al 34% del fabbisogno<br />
complessivo.<br />
3.6.3.1. Sistema <strong>di</strong> recupero delle acque meteoriche<br />
Il sistema consente lo stoccaggio dell’acqua piovana e il suo utilizzo per alimentare le cassette <strong>di</strong><br />
cacciata dei WC e l’impianto <strong>di</strong> irrigazione. I componenti primari sono:<br />
• il serbatoio <strong>di</strong> raccolta interrato, alimentato dal sistema <strong>di</strong> captazione derivante dalle gronde,<br />
• un sistema <strong>di</strong> filtraggio per le acque <strong>di</strong> prima pioggia,<br />
• una centralina con elettropompa, per pompare l'acqua alle utenze.<br />
Il serbatoio <strong>di</strong> accumulo è stato <strong>di</strong>mensionato in base al metodo, basato sulla norma E DIN 1989-1:<br />
2000-12 considerando i valori ARPA delle precipitazioni me<strong>di</strong>e annue.<br />
• Calcolo del volume del serbatoio per le acque piovane<br />
o Definizione del fabbisogno dell'utenza:<br />
Fabbisogno acqua per WC: 24 l/g x 6 persone x 365 giorni = 52560 litri / anno<br />
Fabbisogno acqua per irrigazione: 60 l/m2 x 870 m2 giar<strong>di</strong>no = 52200 litri / anno<br />
Somma fabbisogno acqua <strong>di</strong> servizio: 52.560+52.200 = 104760 litri / anno<br />
Dimensionamento del volume minimo <strong>di</strong> accumulo: 104760 x 21 giorni / 365 =<br />
volume <strong>di</strong> deposito 6027 litri<br />
o Calcolo dell'apporto <strong>di</strong> acqua piova<br />
App. acqua = sup. copertura 120 m2 x coeff. deflusso 0,90 x efficacia filtro<br />
0,96 x altezza precipitazioni 704 mm/anno = 72990 l/anno<br />
Si rileva che l'apporto <strong>di</strong> acqua piovana potrebbe coprire il 70% del fabbisogno<br />
dell'utenza.<br />
• Nell'eventualità <strong>di</strong> un futuro recupero anche delle acque grigie, si è scelto <strong>di</strong> maggiorare la capacità del<br />
serbatoio installandone uno <strong>di</strong> volume pari a 9200 litri.<br />
3.6.4. Conclusioni<br />
L’applicazione concreta <strong>di</strong> tali interventi, sia sull’involucro sia sul blocco impianti, porterà l’e<strong>di</strong>ficio a<br />
una classificazione A:<br />
• immobile da ristrutturare:tipico immobile <strong>degli</strong> anni ’60, con un consumo <strong>di</strong> 400 KWh/m 2 anno,
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
166<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
• immobile ristrutturato moderna costruzione volta al contenimento e al risparmio energetico che<br />
consumerà per scaldarsi circa 16,7 kWh/m 2 anno.<br />
Tab. 3.6.5 Confronto tra la situazione energetica pre e post intervento.<br />
Tab. 3.6.6 Stima dell'energia risparmiata e delle emissioni <strong>di</strong> CO2 evitate.<br />
Grazie al risparmio annuo sul costo del riscaldamento e al ritorno annuo dei pannelli fotovoltaici, il<br />
costo dell’intervento si ammortizza in 12 anni se eseguito con contributo in conto capitale (40% a fondo<br />
perduto sul costo <strong>di</strong> investimento) della Regione Piemonte.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
167<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
3.7. Esempio <strong>di</strong> au<strong>di</strong>t energetico: patrimonio e<strong>di</strong>lizio residenziale, Roma<br />
L’esempio <strong>di</strong> au<strong>di</strong>t energetico che si propone riguarda la riqualificazione del patrimonio e<strong>di</strong>lizio della<br />
città <strong>di</strong> Roma, redatto da Livio De Santoli, Francesco Mancini e Marco Cecconi.<br />
3.7.1. Analisi del fabbisogno energetico attuale<br />
Data la vastità del patrimonio e<strong>di</strong>lizio della città <strong>di</strong> Roma, appare chiara l’impossibilità <strong>di</strong> valutare<br />
analiticamente i consumi energetici <strong>di</strong> ogni singolo e<strong>di</strong>ficio, per cui l’obiettivo della presente ricerca è <strong>di</strong><br />
stimare i fabbisogni energetici globali del settore e<strong>di</strong>lizio residenziale, elaborando opportunamente i dati<br />
aggregati <strong>di</strong>sponibili.<br />
In particolare è necessario giungere ad una stima delle superfici <strong>di</strong>sperdenti complessive <strong>di</strong> tutti gli<br />
e<strong>di</strong>fici, ai quali andranno assegnati i parametri riguardanti le prestazioni termiche dell’involucro e <strong>degli</strong><br />
impianti a seconda dell’epoca <strong>di</strong> costruzione. Una volta ottenuti questi dati è possibile elaborarli<br />
opportunamente per ottenere un fabbisogno energetico complessivo. Il proce<strong>di</strong>mento seguito è illustrato in<br />
Fig. 3.7.1.<br />
Fig. 3.7.1 Fonti dei dati e metodologia <strong>di</strong> elaborazione.<br />
3.7.1.1. Caratteristiche strutture<br />
I dati riguardanti l’attuale parco e<strong>di</strong>lizio della città <strong>di</strong> Roma sono stati acquisiti dal Censimento ISTAT<br />
2001 che è ad oggi il più recente.<br />
La procedura <strong>di</strong> lavoro è stata la seguente:<br />
• dai dati del censimento è stata dapprima ricavata la superficie me<strong>di</strong>a per ciascun<br />
appartamento, ipotizzata costante,<br />
• a partire da tale dato e da quelli riguardanti il numero <strong>di</strong> abitazioni e <strong>di</strong> piani per e<strong>di</strong>ficio,<br />
nonché quello riguardante il numero <strong>di</strong> e<strong>di</strong>fici per epoca <strong>di</strong> costruzione, sono state ricavate le<br />
superfici in pianta complessive <strong>di</strong> tutti gli e<strong>di</strong>fici <strong>di</strong> Roma <strong>di</strong>vise per epoca <strong>di</strong> costruzione,<br />
• uno stu<strong>di</strong>o delle caratteristiche morfologiche ha consentito <strong>di</strong> associare ad ogni e<strong>di</strong>ficio un<br />
fattore <strong>di</strong> forma e successivamente <strong>di</strong> calcolare le superfici <strong>di</strong>sperdenti, siano esse verticali o<br />
orizzontali, opache o trasparenti (Tab. 3.7.1).
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
Tab. 3.7.1 Dettaglio delle superfici <strong>di</strong>sperdenti per epoca <strong>di</strong> costruzione.<br />
168<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Una volta note tutte le caratteristiche geometriche <strong>degli</strong> involucri, a ciascuno porzione dell’involucro<br />
e<strong>di</strong>lizio è stata associata la trasmittanza termica in base all’epoca <strong>di</strong> costruzione, ipotizzando per gli e<strong>di</strong>fici<br />
caratteristiche costruttive omogenee, in funzione dell’epoca e della tipologia. I valori me<strong>di</strong> utilizzati per lo<br />
stu<strong>di</strong>o sono riportati in Tab. 3.7.2.<br />
Tab. 3.7.2 Trasmittanze termiche associate agli e<strong>di</strong>fici per epoca <strong>di</strong> costruzione.<br />
3.7.1.2. Caratteristiche impianti<br />
Un proce<strong>di</strong>mento analogo è stato seguito per gli impianti termici, per i quali sono stati fissati i<br />
ren<strong>di</strong>menti <strong>di</strong> produzione, <strong>di</strong> emissione, <strong>di</strong> <strong>di</strong>stribuzione e <strong>di</strong> regolazione in relazione all’epoca <strong>di</strong><br />
costruzione. I valori sono riportati nelle Tab. 3.7.3, Tab. 3.7.4, Tab. 3.7.5 e Tab. 3.7.6.<br />
Tab. 3.7.3 Ren<strong>di</strong>mento <strong>di</strong> produzione <strong>degli</strong> impianti termici.<br />
Tab. 3.7.4 Ren<strong>di</strong>mento <strong>di</strong> emissione <strong>degli</strong> impianti termici.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
Tab. 3.7.5 Ren<strong>di</strong>mento <strong>di</strong> <strong>di</strong>stribuzione <strong>degli</strong> impianti termici.<br />
Tab. 3.7.6 Ren<strong>di</strong>mento <strong>di</strong> regolazione <strong>degli</strong> impianti termici.<br />
3.7.1.3. Fabbisogni energetici<br />
169<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Il passo successivo è stato il calcolo dei fabbisogni energetici <strong>di</strong> climatizzazione invernale per i sette<br />
macro-e<strong>di</strong>fici appena definiti, relativi alle sette epoche <strong>di</strong> costruzione. Attraverso delle elaborazioni si sono<br />
ottenuti i fabbisogni <strong>di</strong> energia primaria per la climatizzazione invernale, sud<strong>di</strong>visi per epoca <strong>di</strong> costruzione<br />
(Tab. 3.7.7).<br />
Tab. 3.7.7 Fabbisogno <strong>di</strong> energia primaria per la climatizzazione invernale.<br />
Dai calcoli risulta che a Roma il fabbisogno specifico me<strong>di</strong>o <strong>di</strong> climatizzazione invernale è pari a 87<br />
kWh/m 2 anno, così sud<strong>di</strong>visi (ve<strong>di</strong> Fig. 3.7.2):<br />
• e<strong>di</strong>fici realizzati prima del 1919: 108 kWh/m 2 anno,<br />
• tra il 1919 ed il 1971: sostanziale omogeneità, circa 98 kWh/ m 2 anno,<br />
• dal 1991 con la Legge 10, i fabbisogni energetici si riducono <strong>di</strong> più della metà rispetto a quelli <strong>degli</strong><br />
anni ’60.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
Fig. 3.7.2 Fabbisogni energetici specifici <strong>di</strong> climatizzazione invernale.<br />
170<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Fig. 3.7.3 Distribuzione per epoca delle superfici in pianta e del fabbisogno energetico complessivo.<br />
Guardando i dati cumulativi ed i grafici in Fig. 3.7.3, si nota che le abitazioni antecedenti agli anni ’70<br />
rappresentano circa il 60% del totale ma sono responsabili <strong>di</strong> oltre il 70% dei consumi complessivi. Da ciò<br />
appaiono chiare le possibilità <strong>di</strong> efficientamento energetico del patrimonio e<strong>di</strong>lizio romano.<br />
3.7.2. Validazione dei risultati ottenuti<br />
Al fine <strong>di</strong> valutare l’affidabilità del metodo <strong>di</strong> calcolo utilizzato si è confrontato il fabbisogno<br />
calcolato con quello effettivo, utilizzando i dati <strong>di</strong> consumo <strong>di</strong> gas naturale nel settore residenziale dal 1997<br />
al 2004.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
Fig. 3.7.4 Confronto tra fabbisogni effettivi e calcolati.<br />
171<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
A partire da questi, depurati dai consumi per acqua calda sanitaria e per usi <strong>di</strong> cottura, considerando<br />
che gli impianti a gas sono il 75,4% del totale si è ottenuto il fabbisogno energetico per il riscaldamento del<br />
settore residenziale.<br />
Si può notare che vi è una sensibile <strong>di</strong>fferenza tra il fabbisogno effettivo e quello calcolato riportato ai<br />
gra<strong>di</strong> giorno reali. Ciò significa che:<br />
• il fabbisogno effettivo non ha forti legami con l’andamento climatico, ma rimane piuttosto costante su<br />
un valore elevato,<br />
• la maggior parte <strong>degli</strong> impianti <strong>di</strong> riscaldamento installati non possiede logiche <strong>di</strong> controllo <strong>di</strong>pendenti<br />
dalle con<strong>di</strong>zioni climatiche esterne o microclimatiche interne,<br />
• il controllo <strong>degli</strong> impianti rappresenta quin<strong>di</strong> una possibilità concreta <strong>di</strong> riduzione dei consumi termici.<br />
3.7.3. Valutazione <strong>degli</strong> interventi <strong>di</strong> riqualificazione energetica<br />
Sono stati in<strong>di</strong>viduati possibili interventi <strong>di</strong> efficientamento energetico, valutandone contestualmente<br />
gli effetti sui fabbisogni energetici del parco e<strong>di</strong>lizio.<br />
L’obiettivo è <strong>di</strong> stilare una classifica <strong>di</strong> convenienza economico/energetica dei possibili interventi che<br />
permetterà <strong>di</strong> ottimizzare la resa <strong>di</strong> eventuali investimenti in questo settore.<br />
Gli interventi <strong>di</strong> efficientamento presi in considerazione sono i seguenti:<br />
• intervento sull’involucro con riduzione delle trasmittanze delle superfici <strong>di</strong>sperdenti fino ai limiti <strong>di</strong><br />
legge, così come previsto per il 2010 dal D.Lgs.311;<br />
• intervento sugli impianti con sostituzione dei generatori <strong>di</strong> calori esistenti con caldaie a condensazione<br />
e installazione <strong>di</strong> valvole termostatiche sui ra<strong>di</strong>atori.<br />
A questo punto si è proceduto a calcolare gli effetti energetici <strong>degli</strong> interventi, prima singolarmente e<br />
poi associati con altri. I risultati sono riportati nelle tabelle seguenti.<br />
Tab. 3.7.8 Riduzione della trasmittanza delle pareti opache verticali.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
Tab. 3.7.9 Riduzione della trasmittanza delle coperture.<br />
172<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Tab. 3.7.10 Tabella XI - Riduzione della trasmittanza dei pavimenti (su terreno o locali non riscaldati).<br />
Tab. 3.7.11 Effetto dell’intervento <strong>di</strong> riduzione della trasmittanza <strong>degli</strong> infissi.<br />
Tab. 3.7.12 Effetto dell’intervento <strong>di</strong> sostituzione dei generatori <strong>di</strong> calore esistenti con caldaie a<br />
condensazione.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
173<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Tab. 3.7.13 Effetto dell’intervento <strong>di</strong> installazione <strong>di</strong> valvole termostatiche sui ra<strong>di</strong>atori.<br />
L’effetto <strong>degli</strong> interventi singoli è illustrato in Fig. 3.7.5. Gli investimenti maggiormente convenienti<br />
sono quelli che presentano maggiori benefici energetici a parità <strong>di</strong> investimento, quin<strong>di</strong>, per ogni livello <strong>di</strong><br />
investimento, la curva più alta rappresenta l’intervento migliore. Nell’or<strong>di</strong>ne, l’intervento più conveniente è<br />
l’installazione <strong>di</strong> valvole termostatiche, seguito dalla coibentazione delle coperture e dalla sostituzione delle<br />
caldaie. La sostituzione delle finestre è sempre l’investimento meno red<strong>di</strong>tizio.<br />
Fig. 3.7.5 Risparmio energetico conseguente ai singoli interventi <strong>di</strong> riqualificazione energetica.<br />
Tab. 3.7.14 Effetto dell’intervento cumulativo sull’involucro e<strong>di</strong>lizio.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
Tab. 3.7.15 Effetto dell’intervento cumulativo sull’impianto.<br />
Tab. 3.7.16 Effetto cumulativo <strong>di</strong> tutti gli interventi.<br />
174<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
L’effetto <strong>degli</strong> interventi cumulativi è graficato in Fig. 3.7.6. In linea generale, come preve<strong>di</strong>bile, gli<br />
investimenti cumulati sono meno efficaci della somma <strong>degli</strong> interventi singoli. Si può concludere che<br />
l’investimento cumulato più conveniente è l’ammodernamento <strong>degli</strong> impianti.<br />
E’ interessante notare la grande <strong>di</strong>fferenza <strong>di</strong> red<strong>di</strong>tività tra l’investimento migliore ed il peggiore. Ciò<br />
mette in luce l’importanza <strong>di</strong> un’attenta pianificazione <strong>degli</strong> interventi <strong>di</strong> riqualificazione energetica al fine <strong>di</strong><br />
ottimizzare gli investimenti economici.<br />
Fig. 3.7.6 Risparmio energetico conseguente ai <strong>di</strong>versi interventi cumulati <strong>di</strong> riqualificazione energetica.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
175<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Tab. 3.7.17 Graduatoria <strong>di</strong> convenienza economico-energetica dei <strong>di</strong>versi.<br />
3.7.4. Conclusioni<br />
E’ stata effettuata una stima del fabbisogno energetico per il riscaldamento invernale <strong>di</strong> un enorme<br />
patrimonio e<strong>di</strong>lizio, quale quello della città <strong>di</strong> Roma.<br />
I risultati ottenuti mostrano:<br />
• le enormi possibilità <strong>di</strong> riqualificazione energetica, conseguenza del fatto che gran parte <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
sono stati costruiti prima <strong>degli</strong> anni ’70, senza alcuna limitazione legislativa ai consumi energetici,<br />
• c’è una grossa carenza dei sistemi <strong>di</strong> regolazione <strong>degli</strong> impianti che si traduce in una quasi costanza<br />
dei consumi, a prescindere dalle con<strong>di</strong>zioni climatiche esterne,<br />
• siano necessarie somme ingenti per la riqualificazione e il tempo <strong>di</strong> ritorno dell’investimento, in<br />
alcuni casi sia piuttosto lungo.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
176<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
4. METERIALI PER IL RISPARMIO ENERGETICO<br />
Lo stato dell’arte <strong>di</strong> seguito riportato verte sulla descrizione <strong>di</strong> materiali innovativi utili per il<br />
risparmio energetico e in<strong>di</strong>spensabili per migliorare la stratigrafia delle superfici, opache e/o trasparenti, in<br />
modo da minimizzare le <strong>di</strong>spersioni <strong>di</strong> calore e permettere il risparmio <strong>di</strong> energia.<br />
Molto spesso i materiali in commercio non sono vere e proprie novità ma semplicemente riprendono<br />
soluzioni e materiali già presenti nel mercato e ne cambiano l’or<strong>di</strong>ne o la <strong>di</strong>sposizione dei materiali coinvolti.<br />
In particolare i materiali che vengono trattati nello stato dell’arte perché presentano caratteristiche non<br />
comuni, riguardano:<br />
• tipi <strong>di</strong> laterizio,<br />
• isolanti per superfici opache (verticali o orizzontali),<br />
• infissi ed elementi vetrati.<br />
4.1. Tipi <strong>di</strong> laterizio<br />
4.1.1. Introduzione<br />
I blocchi <strong>di</strong> laterizio sono la parte fondamentale delle pareti dal punto <strong>di</strong> vista strutturale ma se scelti<br />
con delle caratteristiche particolari possono essere utili anche per il risparmio energetico.<br />
Norme per la definizione delle caratteristiche termofisiche:<br />
• UNI 10351: Materiali da costruzione. Conduttività termica e permeabilità al vapore,<br />
• UNI 10355: Murature e solai. Valori della resistenza termica e metodo <strong>di</strong> calcolo,<br />
• UNI EN 1745:Muratura e prodotti per muratura. Meto<strong>di</strong> per determinare i valori termici <strong>di</strong> progetto.<br />
Nei paragrafi <strong>di</strong> seguito sono riportate le caratteristiche tecniche e le descrizioni <strong>di</strong> alcuni tipi <strong>di</strong><br />
blocchi <strong>di</strong> laterizio in commercio.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
4.1.2. Modulo<br />
4.1.2.1. Descrizione<br />
177<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Elemento per muratura in termo laterizio ad impasto alleggerito (ve<strong>di</strong> Fig. 4.1.1).<br />
I blocchi Modulo, a fori orizzontali, si caratterizzano per una corretta geometria modulare stu<strong>di</strong>ata per<br />
conferire:<br />
• elevata inerzia termica, grazie alla massa maggiorata sulle superfici a contatto con l’esterno;<br />
• elevato isolamento termico, conseguente alla nuova <strong>di</strong>stribuzione delle camere d’aria e dei setti<br />
interni.<br />
Fig. 4.1.1 Configurazione dei blocchi Modulo e termografia dello stesso.<br />
4.1.2.2. Proprietà<br />
Spessore 210 mm<br />
Massa volumica a secco lorda 645 kg/m 3<br />
Conduttività equivalente del blocco 0.135 W/mK<br />
Massa superficiale per mq <strong>di</strong> parete senza intonaco 173.3 kg/m 2<br />
Trasmittanza <strong>di</strong> progetto 0.630 W/m 2 K<br />
Resistenza al fuoco E.I. 120<br />
4.1.2.3. Altre caratteristiche<br />
Rivoluzionario sistema che ottimizza la prestazione termica dei giunti <strong>di</strong> malta: nella parte superiore<br />
dei blocchi è stata prevista una sconnessione all’interno della quale si posiziona un listello tagliagiunto, a<br />
forma <strong>di</strong> “T”, che guida la realizzazione <strong>di</strong> un perfetto giunto <strong>di</strong> malta e ne determina un’interruzione che<br />
ostacola il flusso termico all’interno della muratura.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
4.1.3. Poroton<br />
4.1.3.1. Descrizione<br />
178<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Elemento per muratura in termo laterizio ad impasto alleggerito.<br />
Il principio su cui si basano è quello <strong>di</strong> alleggerire la massa con una porizzazione <strong>di</strong>ffusa (numero<br />
infinito <strong>di</strong> cavità sferoidali chiuse) in modo da ridurre il rapporto vuoto-pieno del blocco, come mostrato in<br />
Fig. 4.1.2. In questo modo l’argilla è più leggera e presenta una più bassa conducibilità termica.<br />
Fig. 4.1.2 Blocco Poroton e in<strong>di</strong>cazione <strong>di</strong> alcune caratteristiche.<br />
4.1.3.2. Proprietà<br />
Spessore 200 mm<br />
Massa volumica a secco lorda 680 kg/m 3<br />
Conduttività equivalente del blocco 0.180 W/mK<br />
Massa superficiale per mq <strong>di</strong> parete senza intonaco 169.1 kg/m 2<br />
Trasmittanza <strong>di</strong> progetto 0.845 W/m 2 K<br />
Resistenza al fuoco E.I. 180<br />
4.1.3.3. Altre caratteristiche<br />
La rettifica dei blocchi Poroton consente <strong>di</strong> ridurre <strong>di</strong> molto l’influenza del ponte termico generato dal<br />
giunto orizzontale. La rettifica dei blocchi <strong>di</strong> laterizio consiste in una operazione meccanica, <strong>di</strong> alta<br />
precisione, che rende le facce forate dei blocchi perfettamente piane e parallele garantendo la loro<br />
ortogonalità rispetto a quelle laterali.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
4.1.4. Alveolater<br />
4.1.4.1. Descrizione<br />
179<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Elemento in termo laterizio a massa alleggerita (ve<strong>di</strong> Fig. 4.1.3). Le principali caratteristiche dei<br />
blocchi sono rappresentate:<br />
• dalla porizzazione della massa dell’impasto cotto, fino ad avere un peso specifico intorno a 1550<br />
Kg/m 3 ;<br />
• dalla sfalsatura dei setti <strong>di</strong>sposti nella <strong>di</strong>rezione del flusso termico;<br />
• dalle canalette <strong>di</strong> interruzione della continuità del giunto <strong>di</strong> malta orizzontale.<br />
Fig. 4.1.3 Blocco Alveolater, in<strong>di</strong>cazione <strong>di</strong> alcune caratteristiche e dell’andamento del flusso <strong>di</strong> calore.<br />
4.1.4.2. Proprietà<br />
Spessore 200 mm<br />
Massa volumica a secco lorda 610 kg/ m 3<br />
Conduttività equivalente del blocco 0.155 W/mK<br />
Massa superficiale per mq <strong>di</strong> parete senza intonaco 158.4 kg/m 2<br />
Trasmittanza <strong>di</strong> progetto 0.743 W/m 2 K<br />
Resistenza al fuoco E.I. 18<br />
4.1.4.3. Altre caratteristiche<br />
La presenza della canaletta superiore del blocco permette <strong>di</strong> realizzare, con molta semplicità,<br />
l’interruzione del ponte termico creato dal giunto orizzontale migliorando sensibilmente il valore della<br />
“trasmittanza” della muratura.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
4.1.5. Porotherm<br />
4.1.5.1. Descrizione<br />
180<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Sono blocchi semipieni in laterizio caratterizzati da microporizzazione sferica ottenuta con polistirolo<br />
espanso e con fori a sezione rettangolare, ve<strong>di</strong> Fig. 4.1.4.<br />
Le murature monostrato Porotherm assicurano:<br />
• ottimo isolamento,<br />
• inerzia termica, accumulano il calore e lo restituiscono mantenendo una temperatura ambiente ottimale<br />
che garantisce le migliori con<strong>di</strong>zioni <strong>di</strong> benessere abitativo.<br />
Fig. 4.1.4 Blocco Porotherm.<br />
4.1.5.2. Proprietà<br />
Spessore 250 mm<br />
Massa volumica a secco lorda 6945 kg/ m 3<br />
Conduttività equivalente del blocco 0.253 W/mK<br />
Massa superficiale per mq <strong>di</strong> parete senza intonaco 253 kg/m 2<br />
Trasmittanza <strong>di</strong> progetto 0.644 W/m 2 K<br />
Resistenza al fuoco E.I. 180<br />
4.1.5.3. Altre caratteristiche<br />
Le pareti Porotherm sono un'efficace barriera al rumore. La struttura, le accurate geometrie dei fori e<br />
la cospicua massa frontale consentono ai blocchi <strong>di</strong> ostacolare la trasmissione dei rumori. Porotherm inoltre<br />
possiede una capacità <strong>di</strong> resistenza meccanica che lo rende idoneo anche per le zone sismiche.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
4.2. Isolanti per superfici opache<br />
4.2.1. Introduzione<br />
181<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Nel paragrafo <strong>di</strong> seguito si riportano alcuni tipi <strong>di</strong> isolanti per superfici opache. Lo scopo dell’isolante<br />
è quella <strong>di</strong> ridurre la trasmittanza termica <strong>di</strong> parete in quanto il valore della conducibilità termica del<br />
materiale è molto bassa.<br />
Il principio fisico su cui è basata la tecnologia <strong>degli</strong> isolanti è quella <strong>di</strong> “intrappolare” quanta più aria<br />
possibile all’interno <strong>degli</strong> strati <strong>di</strong> materiale isolante in modo da <strong>di</strong>minuire lo scambio termico per<br />
conduzione e convezione.<br />
Materiali isolanti da utilizzare le proprietà termofisiche delle superfici opache ce ne sono <strong>di</strong> molteplici<br />
tipi, tra i più comuni:<br />
• lana <strong>di</strong> roccia,<br />
• lana <strong>di</strong> vetro,<br />
• polietilene,<br />
• polistirene,<br />
• poliuretano,<br />
che hanno le caratteristiche tecniche in<strong>di</strong>cate in Tab. 4.2.1 e ricavati dalla norma UNI 10351.<br />
Materiale<br />
ρ<br />
kg/ m 3<br />
δ<br />
Kg/msPa<br />
λ<br />
W/mK<br />
Aria in quiete 1.3 193 0.026<br />
Fibre minerali ottenute da rocce basaltiche 60-100 Circa 150 0.044-0.045<br />
Lana <strong>di</strong> vetro in pannelli semirigi<strong>di</strong> 16-30 Circa 150 0.040-0.046<br />
Polietilene espanso estruso in continuo 30-50 0.050-0.060<br />
Polistirene espanso sinterizzato 15-30 3.6-9 0.045-0.059<br />
Poliuretano in lastre 25-50 1-2 0.032-0.034<br />
Tab. 4.2.1 Caratteristiche dei comuni materiali isolanti ricavati dalla UNI 10351.<br />
Lo stato dell’arte che viene presentato <strong>di</strong> seguito è relativo a nuovi tipi <strong>di</strong> isolanti da poco conosciuti e<br />
sviluppati che sono:<br />
• nella maggior parte dei casi sviluppati partendo dai comuni materiali isolanti con l’aggiunta <strong>di</strong> altri<br />
composti nella miscela,<br />
• materiali completamente innovativi,<br />
• materiali composti da fibre naturali.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
4.2.2. Spaceloft®<br />
4.2.2.1. Componente principale<br />
182<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Aerogel rinforzato con fibre in polietilene tereftalato (PET) o poliestere.<br />
4.2.2.2. Descrizione<br />
Spaceloft è un tappetino isolante nanoporoso brevettato, che combina gel <strong>di</strong> silice con fibre<br />
rinforzate al fine <strong>di</strong> ottenere una performance termica <strong>di</strong> fondamentale importanza nel settore industriale, in<br />
un prodotto facile da usare e sicuro sotto il profilo ambientale.<br />
4.2.2.3. Proprietà<br />
Le proprietà <strong>di</strong> seguito rendono ideale per coloro che cercano il non plus ultra in termini <strong>di</strong> protezione<br />
termica:<br />
• bassissima conduttività termica, da 2 a 8 volte superiore ad un isolante tra<strong>di</strong>zionale<br />
• spessore e profilo ridotti, uguale resistenze termica dei normali isolanti in una frazione dello spessore,<br />
• resistenza alla compressione, recupera la sua performance termica anche dopo compressioni <strong>di</strong> 50 psi,<br />
• idrofobicità, è repellente all’acqua ma fa traspirare il vapore<br />
• facilità d’uso, facile da tagliare e adattabile anche su superfici <strong>di</strong> forme complesse<br />
4.2.2.4. Impieghi<br />
Spaceloft è un isolante comprovato ed efficiente utilizzato in realtà industriali come i settori:<br />
petrolifero, e<strong>di</strong>le, aerospaziale, automobilistico, la catena del freddo e altri ambiti applicativi dell'industria in<br />
cui vi siano restrizioni <strong>di</strong> spazio e <strong>di</strong> peso e sia richiesta la massima protezione termica.<br />
4.2.2.5. Caratteristiche tecniche<br />
Classe <strong>di</strong> reazione al fuoco Euroclasse E<br />
Fattore <strong>di</strong> resistenza alla <strong>di</strong>ffusione del vapore µ = 4.5<br />
Conducibilità termica <strong>di</strong>chiarata λD = 0,013 W/mK<br />
Densità ρ = 150 kg/ m 3<br />
Calore specifico c = 1,05 kJ/kgK<br />
Sollecitazione a compressione al 10% <strong>di</strong> deformazione 0,70 N/mm 2
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
4.2.3. Celenit LSC<br />
4.2.3.1. Componente principale<br />
Sughero compresso.<br />
4.2.3.2. Descrizione<br />
183<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Pannello isolante composto da granulato <strong>di</strong> sughero naturale compresso. Celenit LSC è un prodotto<br />
naturale, inodore, inattaccabile dagli insetti e dai ro<strong>di</strong>tori, imputrescibile che mantiene inalterate nel tempo le<br />
sue caratteristiche.<br />
4.2.3.3. Impieghi<br />
• Isolamento <strong>di</strong> tetti piani ed inclinati<br />
• Isolamento a pavimento<br />
• Isolamento in intercape<strong>di</strong>ne <strong>di</strong> pareti perimetrali e <strong>di</strong>visorie<br />
• Rivestimento <strong>di</strong> pareti<br />
4.2.3.4. Caratteristiche tecniche<br />
Classe <strong>di</strong> reazione al fuoco Euroclasse F<br />
Fattore <strong>di</strong> resistenza alla <strong>di</strong>ffusione del vapore µ = 9<br />
Conducibilità termica <strong>di</strong>chiarata λD = 0,044 W/mK<br />
Densità ρ = 170 kg/ m 3<br />
Calore specifico c = 1,5 kJ/kgK<br />
Sollecitazione a compressione al 10% <strong>di</strong> deformazione 0,25 N/mm 2
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
4.2.4. Celenit LC/30<br />
4.2.4.1. Componente principale<br />
Lana <strong>di</strong> canapa.<br />
4.2.4.2. Descrizione<br />
184<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Pannello isolante composto da lana <strong>di</strong> canapa e fibra <strong>di</strong> poliestere. Celenit LC è un materiale naturale<br />
che resiste agli insetti e ro<strong>di</strong>tori privo <strong>di</strong> sostanze nocive e formaldeide. L’installazione del prodotto non<br />
provoca dermatiti da contatto o prurito.<br />
4.2.4.3. Impieghi<br />
• Isolamento in intercape<strong>di</strong>ne <strong>di</strong> pareti perimetrali e <strong>di</strong>visorie<br />
• Isolamento in intercape<strong>di</strong>ne <strong>di</strong> tetti<br />
• Controsoffittature<br />
4.2.4.4. Caratteristiche tecniche<br />
Classe <strong>di</strong> reazione al fuoco Euroclasse D<br />
Fattore <strong>di</strong> resistenza alla <strong>di</strong>ffusione del vapore µ = 2<br />
Conducibilità termica λ = 0,040 W/mK<br />
Densità ρ = 30 kg/m 3<br />
Calore specifico c = 1,7 kJ/kgK
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
4.2.5. Celenit FL/4<br />
4.2.5.1. Componente principale<br />
Fibra <strong>di</strong> legno.<br />
4.2.5.2. Descrizione<br />
185<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Pannello isolante composto da fibre <strong>di</strong> legno pressate, molto flessibile. Celenit FL viene prodotto,<br />
secondo un processo ecologico, utilizzando legno proveniente dalla ripulitura <strong>di</strong> boschi e residui <strong>di</strong> legno non<br />
trattati, sfruttando la naturale capacità coesiva delle fibre <strong>di</strong> legno.<br />
4.2.5.3. Impieghi<br />
• Isolamento in intercape<strong>di</strong>ne <strong>di</strong> pareti perimetrali e <strong>di</strong>visorie<br />
• Isolamento in intercape<strong>di</strong>ne <strong>di</strong> tetti<br />
• Controsoffittature<br />
• Isolamento a pavimento<br />
4.2.5.4. Caratteristiche tecniche<br />
Classe <strong>di</strong> reazione al fuoco Euroclasse E<br />
Fattore <strong>di</strong> resistenza alla <strong>di</strong>ffusione del vapore µ = 2<br />
Conducibilità termica <strong>di</strong>chiarata λD = 0,038 W/mK<br />
Densità ρ = 45 kg/m 3<br />
Calore specifico c = 2,1 kJ/kgK
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
4.2.6. Neopex<br />
4.2.6.1. Componente principale<br />
Polistirene espan<strong>di</strong>bile (EPS) caricato con grafite.<br />
4.2.6.2. Descrizione<br />
186<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Pannello isolante in polistirene espan<strong>di</strong>bile (EPS) caricato con grafite, per la realizzazione <strong>di</strong> strati<br />
isolanti nel riscaldamento a pavimento. La grafite in esso contenuta aumenta considerevolmente la capacità<br />
isolante, rendendolo quin<strong>di</strong> superiore rispetto ad altri pannelli isolanti in commercio.<br />
Una lastra <strong>di</strong> Neopex è costituita dal 98% <strong>di</strong> aria e 2% <strong>di</strong> polistirolo (all’interno <strong>di</strong> questo lo 0.08% è<br />
grafite).<br />
4.2.6.3. Vantaggi<br />
I produttori <strong>di</strong> espanso sono in grado, con la sinterizzazione, <strong>di</strong> risparmiare fino al 50% della materia<br />
prima, producendo dei pannelli più leggeri e sottili.<br />
4.2.6.4. Caratteristiche tecniche<br />
Classe <strong>di</strong> reazione al fuoco Euroclasse E<br />
Fattore <strong>di</strong> resistenza alla <strong>di</strong>ffusione del vapore µ = 30-70<br />
Conducibilità termica <strong>di</strong>chiarata λD = 0,031 W/mK<br />
Densità ρ = 15 kg/m 3<br />
Sollecitazione a compressione al 10% <strong>di</strong> deformazione 0,15 N/mm 2
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
4.2.7. Neopor<br />
4.2.7.1. Componente principale<br />
Polistirene espan<strong>di</strong>bile (EPS) contenente grafite.<br />
4.2.7.2. Descrizione<br />
187<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Grazie a delle minuscole particelle, incapsulate all’interno delle celle, che assorbono e riflettono gli<br />
infrarossi, Neopor riesce a bloccare l’irraggiamento <strong>di</strong> calore. Si può cosi già ottenere a densità molto basse<br />
un isolamento termico molto elevato. Per gli stessi valori <strong>di</strong> conducibilità termica e quin<strong>di</strong> per lo stesso<br />
potere isolante si dovrebbero utilizzare più del doppio <strong>di</strong> EPS.<br />
4.2.7.3. Vantaggi<br />
• Posa <strong>di</strong> lastre semplice ed economica<br />
• Ha aperto nuove prospettive per l’isolamento termico delle pareti esterne <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici <strong>di</strong> vecchia<br />
costruzione, soprattutto per quanto riguarda il risanamento delle facciate<br />
• La flessibilità <strong>di</strong> questo materiale isolante consente <strong>di</strong> adattare lo spessore del rivestimento alle<br />
esigenze architettoniche<br />
4.2.7.4. Caratteristiche tecniche<br />
Classe <strong>di</strong> reazione al fuoco Classe 1<br />
Fattore <strong>di</strong> resistenza alla <strong>di</strong>ffusione del vapore µ = 50<br />
Conducibilità termica <strong>di</strong>chiarata λD = 0,035 W/mK<br />
Densità ρ = 20 kg/m 3<br />
Sollecitazione a compressione al 10% <strong>di</strong> deformazione 0,17 N/mm 2
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
4.2.8. Resphira<br />
4.2.8.1. Componente principale<br />
188<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Pannello in EPS a doppia densità <strong>di</strong>fferenziato, riflettente e microforato.<br />
4.2.8.2. Descrizione<br />
RESPHIRA è il nuovo pannello isolante microforato a doppia densità con EPS <strong>di</strong>fferenziato e<br />
certificato CE ETICS secondo EN 13163 per applicazione con sistemi ad isolamento termico a cappotto<br />
traspiranti. E’ ottenuto per stampaggio accoppiando uno spesso strato isolante in polistirene espanso<br />
sinterizzato EPS arricchito con grafite, ad elevato potere termoisolante, ad un sottile strato esterno in EPS<br />
bianco ad alta densità, con pretagli <strong>di</strong> detensionamento, ottenendo una superficie riflettente ai raggi solari e<br />
resistente agli urti.<br />
4.2.8.3. Vantaggi<br />
• Pannello isolante in EPS arricchito con grafite per un superiore isolamento termico<br />
• Struttura in EPS 100 a bassa densità<br />
• Fori molto piccoli per una elevatissima traspirabilità e mantenere l’isolamento termico<br />
• Pannello stampato a celle chiuse, fori compresi, per ridurre al minimo l’assorbimento <strong>di</strong> umi<strong>di</strong>tà<br />
• Superficiale groffata per assicurare un ottimo aggrappo <strong>di</strong> colle e rasanti.<br />
4.2.8.4. Caratteristiche tecniche<br />
Classe <strong>di</strong> reazione al fuoco Euroclasse E<br />
Fattore <strong>di</strong> resistenza alla <strong>di</strong>ffusione del vapore µ = 15-30<br />
Conducibilità termica <strong>di</strong>chiarata λD = 0,032 W/mK<br />
Sollecitazione a compressione al 10% <strong>di</strong> deformazione 0,10 N/mm 2
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
4.3. Infissi ed elementi finestrati<br />
4.3.1. Introduzione<br />
189<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Gli elementi vetrati sono una parte basilare dell’involucro e<strong>di</strong>lizio in quanto presentano le seguenti<br />
funzioni:<br />
• garantire delle prestazioni luminose con trasmissione della luce e dell’energia solare,<br />
• creare una barrire termica in modo da creare con<strong>di</strong>zioni <strong>di</strong> confort all’interno dell’ambiente,<br />
• creare un isolamento acustico dai rumori esterni.<br />
Nello stato dell’arte <strong>di</strong> seguito riportato, cioè basato sui materiali per il risparmio energetico, si<br />
considera l’utilizzo dell’elemento finestrato come isolante termico per creare con<strong>di</strong>zioni <strong>di</strong> confort<br />
all’interno dell’ambiente considerato.<br />
Isolare termicamente significa contrastare conduzione, convezione e irraggiamento, cioè ridurre tali<br />
flussi energetici e, nel caso <strong>degli</strong> infissi, questo si traduce:<br />
• conduzione: aggiunta <strong>di</strong> strati <strong>di</strong> gas;<br />
• convezione: inserire come gas quelli nobili con bassa mobilità;<br />
• irraggiamento: ridurre l’emissività delle superfici trasparenti con schermi baso emissivi.<br />
Fig. 4.3.1 Illustrazione <strong>di</strong> un sistema vetrato a doppio vetro con i <strong>di</strong>versi tipi <strong>di</strong> scambio termico.<br />
L’obiettivo comune nei sistemi vetrati, è quello <strong>di</strong> avere, per quanto possibile, il massimo del<br />
guadagno solare in inverno, il minimo in estate, limitare le <strong>di</strong>spersioni per trasmissione ed avere le migliori<br />
con<strong>di</strong>zioni <strong>di</strong> illuminazione naturale. Si tratta <strong>di</strong> con<strong>di</strong>zioni <strong>di</strong>fficili da ottenere contemporaneamente ma si<br />
possono considerare alcune regole generali per il <strong>di</strong>mensionamento (anche se deve sempre essere stu<strong>di</strong>ato ad<br />
hoc il caso specifico):<br />
• le facciate a nord, est e ovest la superficie vetrata deve garantire sufficiente illuminazione naturale,<br />
• per l’orientamento a nord si devono limitare al massimo le <strong>di</strong>mensioni della finestra per garantire un<br />
grado <strong>di</strong> isolamento adeguato,<br />
• le facciate a sud dovrebbero avere finestre <strong>di</strong> <strong>di</strong>mensioni maggiori <strong>di</strong> quelle sufficienti a garantire una<br />
buona illuminazione naturale per aumentare i guadagni invernali ma con schermi esterni ombreggianti<br />
per limitare i flussi solari estivi.<br />
Sono tante le tipologie <strong>di</strong> vetri sperimentali ed innovativi che coprono un ampio raggio <strong>di</strong> funzioni e<br />
casistiche applicative, avendo caratteristiche termiche e cromatiche <strong>di</strong>fferenti.<br />
Nello stato dell’arte <strong>di</strong> seguito riportato oltre all’elemento vetrato l’altra parte fondamentale da<br />
considerare è il telaio perché è da questo che ci sono la maggior parte <strong>di</strong> <strong>di</strong>spersioni per ponti termici.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
4.3.2. Elemento vetrato<br />
190<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Di seguito si riportano i componenti e i principali sistemi che caratterizzano l’elemento vetrato,<br />
nonché i miglioramenti che si possono ottenere adottando tali sistemi.<br />
4.3.2.1. Il vetrocamera<br />
La trasmittanza <strong>di</strong> una lastra semplice <strong>di</strong> vetro, considerando gli usuali valori per i coefficienti <strong>di</strong><br />
adduzione è <strong>di</strong> 5.7 W/m 2 K.<br />
Il vetrocamera ha la funzione <strong>di</strong> migliorare le proprietà <strong>di</strong> isolamento interponendo un’intercape<strong>di</strong>ne<br />
riempita <strong>di</strong> gas con bassa conducibilità termica (ve<strong>di</strong> Tab. 4.3.1) all’interno <strong>di</strong> coppie <strong>di</strong> lastra <strong>di</strong> vetro.<br />
Ug<br />
W/m 2 K<br />
Aria Argon Krypton<br />
Lastra singola 5.7<br />
Doppia 2.8 2.7 2.5<br />
Tripla 1.9 1.7 1.6<br />
Muratura 30cm 1<br />
Tab. 4.3.1 Valori dei gas nell’intercape<strong>di</strong>ne del vetrocamera tratti dalla norma EN 673, con vetri <strong>di</strong> spessore<br />
6mm e intercape<strong>di</strong>ne <strong>di</strong> spessore 12 mm.<br />
4.3.2.2. Sistemi vetrati basso emissivi<br />
Sono costituiti da una lastra <strong>di</strong> vetro su cui viene depositato una serie <strong>di</strong> ossi<strong>di</strong> metallici che ne<br />
migliora notevolmente le caratteristiche termiche, come si vede dalla Tab. 4.3.2.<br />
Ug<br />
W/m 2 K<br />
Aria Argon Krypton<br />
Doppia float 2.8 2.7 2.5<br />
Doppia Ag-Ag 1.6 1.2 0.9<br />
Tripla float 1.9 1.7 1.6<br />
Tripla Ag-Ag 0.9 0.7 0.4<br />
Tab. 4.3.2 Valori calcolati secondo norma EN 673, con vetri <strong>di</strong> spessore 6mm e intercape<strong>di</strong>ne <strong>di</strong> spessore<br />
12mm.<br />
I vetri basso emissivi:<br />
• conservano il calore d’inverno grazie al coefficiente <strong>di</strong> trasmittanza molto basso;<br />
• mantengono il fresco nel periodo estivo a causa del suo fattore solare poco elevato e la sua bassa<br />
trasmissione energetica.<br />
4.3.2.3. Controllo solare<br />
Per controllo solare si intende la riduzione del carico termico che è presente nell’e<strong>di</strong>ficio a causa della<br />
ra<strong>di</strong>azione solare. I vetri a controllo solare sono importanti quando:<br />
• la superficie vetrata è elevata;<br />
• la superficie vetrata è esposta al sole.<br />
La ra<strong>di</strong>azione solare arriva sotto forma <strong>di</strong> ra<strong>di</strong>azione elettromagnetica su <strong>di</strong>verse lunghezze d’onda:<br />
• onde ultraviolette-calore: 3%,<br />
• campo del visibile-luce e calore: 51%,<br />
• onde infrarosse-calore: 46%,<br />
e tali ra<strong>di</strong>azioni interagiscono con l’elemento vetrato secondo lo scema in<strong>di</strong>cato in Fig. 4.3.2.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
191<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Fig. 4.3.2 Rappresentazione dell’interazione della ra<strong>di</strong>azione termica e della luce con l’elemento vetrato.<br />
Di seguito vengono riportate le tipologie <strong>di</strong> lastre per il controllo solare.<br />
VETRI COLORATI<br />
I vetri colorati ottenuti con aggiunte <strong>di</strong> sostanze coloranti al vetro fuso (ossi<strong>di</strong> metallici,<br />
principalmente ferro, cobalto, cromo vana<strong>di</strong>o e rame, anche oro e argento) presentano:<br />
• controllo della luce: ra<strong>di</strong>azione solare ridotta;<br />
• controllo dell’energia termica: elevato assorbimento energetico;<br />
e questo si nota anche dalla Fig. 4.3.3 in cui i vetri verde, bronzo e grigio hanno una trasmittanza<br />
percentuale inferiore rispetto al vetro chiaro. Importante inserirli come vetro esterno in modo che la<br />
ra<strong>di</strong>azione assorbita sia più facilmente <strong>di</strong>ssipata.<br />
Fig. 4.3.3 Andamento della trasmittanza percentuale in funzione della lunghezza d’onda per vetri colorati.<br />
VETRI RIFLETTENTI<br />
I vetri riflettenti ottenuti con ossi<strong>di</strong> metallici depositati in strati molecolari sulla loro superficie<br />
presentano:<br />
• controllo della luce: ra<strong>di</strong>azione solare ridotta (ve<strong>di</strong> Fig. 4.3.4);<br />
• controllo dell’energia termica: elevata riflessione luminosa.<br />
VETRI SELETTIVI<br />
I vetri selettivi sono dei vetri particolari in cui, oltre alle peculiarità dei vetri riflettenti <strong>di</strong> <strong>di</strong>minuire<br />
l’apporto <strong>di</strong> calore e luce nei mesi estivi, non incidono sulla luminosità proveniente dall’esterno nei mesi<br />
invernali (ve<strong>di</strong> Fig. 4.3.5).<br />
Sono ottenuti me<strong>di</strong>ante deposizione <strong>di</strong> più strati <strong>di</strong> metalli nobili su vetro float o colorato.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
192<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Fig. 4.3.4 Andamento della riflettenza percentuale in funzione della lunghezza d’onda per <strong>di</strong>versi tipi <strong>di</strong><br />
ossi<strong>di</strong> metallici su vetri riflettenti.<br />
Fig. 4.3.5 Andamento della caratteristica e in<strong>di</strong>cazione del fattore <strong>di</strong> selettività per <strong>di</strong>versi tipi <strong>di</strong> vetri.<br />
4.3.2.4. Sistemi <strong>di</strong> schermatura<br />
Come <strong>di</strong>ce il nome sono sistemi costituiti da schermi opachi che sono interposti tra la sorgente della<br />
ra<strong>di</strong>azione e l’ambiente interno. Rispetto al componente trasparente possono essere invece posizionati in<br />
modo <strong>di</strong>verso:<br />
• internamente:<br />
o vantaggi: facile regolazione dell’utente, schermatura della parte <strong>di</strong>rette, economici;<br />
o svantaggi: azione meno efficace dal punto <strong>di</strong> vista termico;<br />
• esternamente:<br />
o vantaggi: efficace attenuazione del carico termico, schermatura della parte <strong>di</strong>retta,<br />
regolazione e orientamento anche in funzione dell’angolo <strong>di</strong> incidenza solare;<br />
o svantaggi: elevati costi <strong>di</strong> installazione e manutenzione, presenza invasiva delle<br />
facciate esterne;<br />
• internamente/esternamente: vantaggi e svantaggi già visti;
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
193<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
• ad intercape<strong>di</strong>ne:<br />
o vantaggi: controllo ra<strong>di</strong>azione solare, schermatura parte <strong>di</strong>retta e <strong>di</strong>ffusa della<br />
ra<strong>di</strong>azione, illuminazione abbastanza uniforme, controllo carico solare estivo;<br />
o svantaggi: elevati costi <strong>di</strong> installazione e manutenzione (anche se inferiori ai sistemi<br />
esterni).<br />
Altro modo <strong>di</strong> sud<strong>di</strong>videre i sistemi <strong>di</strong> schermatura è in base alla mobilità:<br />
• sistemi fissi: definiti già a livello progettuale, è <strong>di</strong>fficile ottenere ombreggiatura totale, meglio<br />
installarli all’esterno;<br />
• sistemi mobili: regolazione e orientamento anche in funzione dell’angolo <strong>di</strong> incidenza solare, costi <strong>di</strong><br />
istallazione e manutenzione maggiori rispetto ai sistemi fissi.<br />
4.3.2.5. Sistemi vetrati a proprietà variabili<br />
Sono sistemi definiti anche cromo genici e consente un controllo <strong>di</strong>namico della luce e della<br />
componente termica che penetra nell’ambiente. Sono caratterizzati dalla particolarità <strong>di</strong> poter variare lo<br />
spettro della trasmissione in funzione della temperatura, dell’intensità della ra<strong>di</strong>azione e del campo elettrico<br />
applicato.<br />
I vetri termo tropici (ve<strong>di</strong> Fig. 4.3.6):<br />
• sono costituiti da un fluido formato da due componenti, acqua e gas, che viene imprigionato<br />
tra due lastre <strong>di</strong> vetro o pellicole;<br />
• nel momento in cui la temperatura limite aumenta, si ha la separazione dei due componenti, a<br />
causa della quale lo strato <strong>di</strong>venta bianco opaco e riflette gran parte della luce <strong>di</strong>ffondendola,<br />
cioè <strong>di</strong>minuisce il passaggio della ra<strong>di</strong>azione luminosa.<br />
I vetri elettrocromici (ve<strong>di</strong> Fig. 4.3.6):<br />
• nella camera tra le due lastre <strong>di</strong> vetro si trova uno strato <strong>di</strong> cristalli liqui<strong>di</strong> il cui stato può<br />
essere mo<strong>di</strong>ficato a seconda delle necessità applicando un campo elettrico (se viene applicata<br />
una tensione <strong>di</strong>ventano trasparenti);<br />
• la trasmissione della luce in presenza <strong>di</strong> un campo elettrico varia dal 40 al 70 %.<br />
Fig. 4.3.6 Rappresentazione dei vetri termo tropici ed elettrocromici.<br />
Alla fine della trattazione si inserisce una tabella, in Fig. 4.3.7, in cui sono in<strong>di</strong>cati il coefficiente <strong>di</strong><br />
guadagno solare e la percentuale <strong>di</strong> luce visibile per le tipologie <strong>di</strong> elementi finestrati in<strong>di</strong>cati in precedenza<br />
nello stato dell’arte.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
194<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Tipologia <strong>di</strong> vetro<br />
SHGC<br />
(Solar Heat Gain Coefficient)<br />
Trasmissione della luce visibile<br />
(%)<br />
Riflettenti 0.14 4<br />
A bassa emissione 0.42 71<br />
Colorati a bassa emissione 0.3 40<br />
Colorati 0.53 0.54<br />
Elettrocromico da 0.09 a 0.49 da 4 a 63<br />
Fig. 4.3.7 Comparazione delle vetrate <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici.<br />
4.3.2.6. Sistemi innovativi<br />
Ad oggi i sistemi vetrati maggiormente innovativi sono i vetri TIM (Trasparent Insulating Materials)<br />
con aerogel nell’intercape<strong>di</strong>ne. L’aerogel è un materiale a struttura silicea ad elevatissima porosità <strong>di</strong><br />
<strong>di</strong>mensioni estremamente ridotte. I pori <strong>di</strong> tale struttura se mantengono un <strong>di</strong>ametro minore della lunghezza<br />
d’onda della luce naturale, determinano un risultato <strong>di</strong> trasparenza molto elevato.<br />
Le prestazione dell’elemento vetrato con aerogel tra lastre <strong>di</strong> vetro basso emissive presenta:<br />
• trasmittanza: U=0.44 W/m 2 K<br />
• fattore solare: g=45%<br />
• coefficiente <strong>di</strong> trasmissione visibile: τv=50%<br />
Fig. 4.3.8 Schema che rappresenta pannelli vetrati composti con TIM e immagine <strong>di</strong> un doppio vetro con<br />
aerogel nell’intercape<strong>di</strong>ne.<br />
4.3.3. Telaio<br />
Dopo la classificazione dei vetri secondo le <strong>di</strong>verse caratteristiche, per quanto riguarda il risparmio<br />
energetico, si deve ricordare che il vetro da solo non costituisce l’elemento finestrato ma si deve considerare<br />
anche il telaio che lo contiene.<br />
Gli aspetti importanti per migliorare le prestazioni termiche del telaio sono le seguenti:<br />
• riduzione trasmittanza del telaio;<br />
• uso <strong>di</strong> <strong>di</strong>stanziatori con bassa conducibilità termica;<br />
• incremento della tenuta d’aria.<br />
I materiali più utilizzati nella costruzione <strong>degli</strong> infissi sono: legno, alluminio e PVC, ognuno dei quali<br />
con delle proprietà termofisiche molto <strong>di</strong>verse ma che spesso l’utente ignora, quin<strong>di</strong> finisce per decidere il<br />
prodotto in base alle sue qualità estetiche e al costo.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
4.3.3.1. Telaio in legno<br />
195<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
E’ il materiale più vecchio usato per al costruzione dei telai data la semplice reperibilità e la facilità<br />
nel realizzare forme anche complesse.<br />
• Le proprietà termoisolanti del telaio in legno <strong>di</strong>pendono dalla qualità del materiale e spessore dei<br />
profili<br />
• Nei climi fred<strong>di</strong> e umi<strong>di</strong> meglio usare essenze resinose (come le conifere) per offrire un isolamento<br />
termico migliore e una impermeabilizzazione all’acqua<br />
• Il legno lamellare è un materiale strutturale formato dall’incollaggio <strong>di</strong> tavole <strong>di</strong> legno a loro volta già<br />
classificate ad uso strutturale<br />
• Dal punto <strong>di</strong> vista termico il legno presenta dei valori <strong>di</strong> trasmittanza termica U=1.7-2 W/m 2 K<br />
4.3.3.2. Telaio in alluminio<br />
Dal punto <strong>di</strong> vista termico i metalli sono molto conduttori e inadatti a costruire infissi efficienti (il<br />
progresso tecnologico ha però dato risposte concrete in questo settore offrendo miglioramenti dal punto <strong>di</strong><br />
vista della durata, della tenuta dell’aria e della manutenzione) e, in particolare l’alluminio, è molto facile da<br />
estrudere per realizzare parti complesse da assemblare successivamente.<br />
• Serramenti in alluminio semplice hanno pessime qualità isolanti<br />
• L’alluminio essendo un ottimo conduttore <strong>di</strong> calore è attraversato da un flusso <strong>di</strong> calore freddo che<br />
mantiene fredda anche la facciata interna del serramento<br />
• La trasmittanza termica del telaio in alluminio si riduce del 50% (passando da 6 a 3 W/m 2 K) in<br />
presenza <strong>di</strong> taglio termico, che consiste nel <strong>di</strong>videre il telaio in due parti <strong>di</strong>stinte, interna ed esterna, fra<br />
cui viene interposto un del materiale plastico a bassa conduttività<br />
Fig. 4.3.9 Rappresentazione dei 3 tipi <strong>di</strong> telaio: in legno, in alluminio e in materiale plastico.<br />
4.3.3.3. Telaio in legno-alluminio<br />
Sul mercato sono uscite particolari soluzioni accoppiando legno e alluminio per costruire un prodotto<br />
che presenta i vantaggi <strong>di</strong> entrambi i materiali:<br />
• legno, per le sue caratteristiche estetiche;<br />
• alluminio, per la facilità <strong>di</strong> lavorazione.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
4.3.3.4. Telaio in materiale plastico (PVC)<br />
196<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Quando si parla <strong>di</strong> materiale plastico negli infissi si intende sempre PVC, materiale molto versatile e<br />
con buone qualità isolanti.<br />
• Presenta buone proprietà termiche e in più alla normale proprietà del materiale si aggiunge la<br />
morfologia cava del profilo che funziona come una vera e propria camera d’aria<br />
• Il PVC non richiede pitture protettive e ha un’ottima resistenza all’umi<strong>di</strong>tà<br />
• L’infisso costituito da un solo tipo <strong>di</strong> materiale, non presenta pellicole protettive che possono essere<br />
danneggiate<br />
• I profili in produzione hanno fino a 5 camere d’aria chiuse ermeticamente in modo da non instaurare<br />
moti convettivi interni<br />
• Dal punto <strong>di</strong> vista termico il PVC può essere paragonato al legno<br />
Tipo <strong>di</strong> infisso Alluminio<br />
Alluminio con<br />
taglio termico<br />
Legno-alluminio con<br />
taglio termico<br />
Legno PVC<br />
U (W/m 2 K) 3.40 2.72 1.96 1.98 1.98<br />
g 0.53 0.48 0.46 0.44 0.44<br />
TL 0.65 0.60 0.56 0.56 0.56<br />
4.3.3 Valori <strong>di</strong> trasmittanza, fattore solare e trasmissione luminosa dei <strong>di</strong>versi tipi <strong>di</strong> serramento con un vetro<br />
doppio con gas Argon.<br />
4.3.4. Conclusioni<br />
Per quanto riguarda lo stato dell’arte <strong>degli</strong> infissi, le tecnologie e i materiali utilizzati non sono<br />
definibili innovativi (a parte i vetri TIM) in quanto sono presenti nel mercato da alcuni anni.<br />
Come si nota dalla trattazione non si sono fatti esempi specifici <strong>di</strong> sistemi vetrati completi composti da<br />
vetro e telaio perché, in base alle caratteristiche che si voglio avere dal serramento (illuminazione,<br />
trasmittanza termica, ombreggiamento, etc.) si possono scegliere molteplici soluzioni, optando per <strong>di</strong>versi<br />
tipi <strong>di</strong> vetro o <strong>di</strong> telaio.<br />
Per classificare i serramenti si rende necessario in<strong>di</strong>viduare la correlazione tra proprietà e prestazioni<br />
in funzione del tipo <strong>di</strong> e<strong>di</strong>ficio e della sua destinazione d’uso. Per questo il DM 2/4/1998 ha reso obbligatorio<br />
a partire dal 2003 la certificazione dei prodotti da costruzione, serramenti compresi.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
5. LE ENERGIE RINNOVABILI<br />
5.1. Introduzione<br />
197<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Le fonti energetiche rinnovabili stanno vivendo una stagione <strong>di</strong> grande sviluppo a livello mon<strong>di</strong>ale,<br />
assumendo un peso sempre maggiore nella produzione energetica. Queste fonti energetiche hanno il grande<br />
vantaggio <strong>di</strong> essere inesauribili e ad impatto ambientale nullo in quanto col loro funzionamento non<br />
producono né gas serra né scorie inquinanti da smaltire.<br />
Esse si <strong>di</strong>vidono in:<br />
• solare termico,<br />
• solare fotovoltaico,<br />
• eolico,<br />
• biomasse,<br />
• geotermico.<br />
Negli ultimi anni la quota mon<strong>di</strong>ale percentuale <strong>di</strong> energia prodotta tramite queste fonti è molto<br />
aumentata (ve<strong>di</strong> Fig. 5.1.1) anche se ancora non si può <strong>di</strong>re sia una percentuale significativa ma sulla base <strong>di</strong><br />
questo trend le fonti rinnovabili <strong>di</strong> energia nei prossimi 10 anni avranno una crescita senza paragoni, in modo<br />
particolare per l’eolico ed il solare.<br />
Fig. 5.1.1 Andamento della crescita delle energie rinnovabili fino al 2020.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
5.2. Il solare termico<br />
5.2.1. Introduzione<br />
198<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Sono gli impianti a energia rinnovabile che permettono <strong>di</strong><br />
trasformare l'energia irra<strong>di</strong>ata dal sole in energia termica, ossia calore,<br />
per la produzione <strong>di</strong> acqua calda sanitaria, per il riscaldamento e il<br />
raffrescamento <strong>degli</strong> ambienti, per scaldare le piscine, per i processi<br />
industriali. La tecnologia solare termica è matura ed affidabile, con<br />
impianti che hanno una vita me<strong>di</strong>a <strong>di</strong> oltre 20 anni.<br />
5.2.2. Come funziona<br />
All’interno dei pannelli solari è presente “una serpentina” in cui scorre il fluido termovettore (<strong>di</strong> solito<br />
una miscela <strong>di</strong> acqua e glicole) che, grazie all’azione termica del sole, si riscalda e circola all’interno del<br />
circuito primario. Il calore accumulato viene poi ceduto me<strong>di</strong>ante uno scambiatore all’acqua sanitaria<br />
contenuta in un serbatoio nel circuito secondario e <strong>di</strong>stribuita alle varie utenze come in Fig. 5.2.1.<br />
Un impianto solare termico ben <strong>di</strong>mensionato riesce a coprire totalmente il fabbisogno <strong>di</strong> acqua calda<br />
sanitaria nei sei mesi più cal<strong>di</strong>, mentre nei rimanenti mesi fred<strong>di</strong> è necessaria l’integrazione <strong>di</strong> una caldaia<br />
(meglio se a condensazione, a metano o a biomasse) per portare l’acqua parzialmente riscaldata dall'impianto<br />
solare alla temperatura desiderata.<br />
Fig. 5.2.1 Sud<strong>di</strong>visione dei circuiti idraulici costituenti l’impianto.<br />
5.2.3. Utilizzo<br />
L’energia termica prodotta con un impianto solare termico può essere utilizzata per:<br />
• la produzione <strong>di</strong> acqua calda sanitaria (ACS);<br />
• il riscaldamento <strong>degli</strong> ambienti. (l'impianto <strong>di</strong> riscaldamento <strong>degli</strong> ambienti che meglio si sposa con il<br />
sistema solare termico è quello a bassa temperatura, tipo pannelli ra<strong>di</strong>anti a pavimento, a parete e a<br />
soffitto il quale permette <strong>di</strong> utilizzare caldaie a condensazione);<br />
• il riscaldamento delle piscine;<br />
• il raffrescamento <strong>degli</strong> ambienti (solar cooling);<br />
• la produzione <strong>di</strong> calore e freddo per i processi industriali (settori alimentare, tessile, cartario, etc.).<br />
Le applicazioni vanno quin<strong>di</strong> dagli usi residenziali mono e bi-familiari, alle utenze collettive<br />
(condomini, centri sportivi, ospedali, alberghi), alle utenze industriali, fino al riscaldamento <strong>di</strong> interi quartieri<br />
(teleriscaldamento).
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
5.2.4. Caratteristiche dei moduli<br />
199<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
In base al tipo <strong>di</strong> utilizzo che si deve fare dell’impianto si deve selezionare il pannello solare da<br />
utilizzare ed è per questo che sono importanti, nella definizione del pannello solare termico, le caratteristiche<br />
tecniche costruttive.<br />
5.2.4.1. Efficienza<br />
Il ren<strong>di</strong>mento del pannello solare termico è definito come il rapporto tra l’energia incidente il pannello<br />
Qcol<br />
e quella trasferita all’accumulo o in generale all’impianto η = (ve<strong>di</strong> Fig. 5.2.2).<br />
Q<br />
Fig. 5.2.2 Rappresentazione <strong>di</strong> un impianto solare termico e delle quantità <strong>di</strong> calore presenti.<br />
Fig. 5.2.3 Andamento dell’efficienza dei <strong>di</strong>versi tipi <strong>di</strong> collettore solare.<br />
L’efficienza deve essere valutata in funzione <strong>di</strong> una certa caratteristica e, nel caso del pannello solare,<br />
siccome è posizionato nell’ambiente esterno, riceve una certa quantità <strong>di</strong> ra<strong>di</strong>azione solare che trasferisce al<br />
sol
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
200<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
fluido scaldando l’acqua che arriva dall’impianto, l’efficienza deve essere riferita ad un parametro che tenga<br />
Tin −T<br />
ext<br />
conto <strong>di</strong> queste variabili:<br />
.<br />
I<br />
Il grafico che ne risulta, per i <strong>di</strong>versi tipi <strong>di</strong> tecnologie <strong>di</strong> solare termico è rappresentato in Fig. 5.2.3.<br />
5.2.4.2. Temperatura <strong>di</strong> stagnazione<br />
E’ la temperatura del pannello solare quando il suo ren<strong>di</strong>mento è nullo. Questo fenomeno avviene<br />
quando si raggiungono temperature elevate e c’è la formazione <strong>di</strong> vapore. Cause: scarsa richiesta <strong>di</strong> energia<br />
da parte dell’utenza oppure guasto o malfunzionamento della pompa o del sistema <strong>di</strong> controllo.<br />
Conseguenze: stress dei componenti e degradazione della miscela del fluido termovettore.<br />
Limiti: la temperatura <strong>di</strong> stagnazione è <strong>di</strong> fatto una caratteristica intrinseca del pannello, che varia in<br />
funzione della tipologia del collettore, ogni modello ha la propria ed essa <strong>di</strong>pende dalle caratteristiche<br />
geometriche e dei materiali che lo costituiscono.<br />
5.2.5. Tipologie <strong>di</strong> moduli<br />
Una prima classificazione <strong>degli</strong> impianti solari termici può essere fatta rispetto alla tipologia del<br />
pannello solare, cioè alla tecnologia con cui è costruito (ve<strong>di</strong> Fig. 5.2.4):<br />
Fig. 5.2.4 Tipologie <strong>di</strong> <strong>di</strong>versi collettori solari termici: piano scoperto, piano coperto e a tubi sottovuoto.<br />
5.2.5.1. Collettore solare piano scoperto<br />
• Materiale: polipropilene, neoprene o PVC<br />
• Caratteristiche <strong>di</strong> esercizio: basse temperature <strong>di</strong> esercizio<br />
• Utilizzo: soprattutto per il riscaldamento <strong>di</strong> piscine o residenze estive<br />
• Tipo <strong>di</strong> installazione: non ci sono vincoli <strong>di</strong> installazione<br />
• Altre caratteristiche: moduli robusti e leggeri<br />
5.2.5.2. Collettore piano coperto<br />
• Materiale: lamiera verniciata <strong>di</strong> nero con tubi <strong>di</strong> rame integrati con inserita una lastra <strong>di</strong> vetro<br />
superiormente per <strong>di</strong>minuire le per<strong>di</strong>te per convezione<br />
• Altri trattamenti: si utilizzano materiali selettivi per ridurre le per<strong>di</strong>te per ra<strong>di</strong>azione che<br />
aumentano l’efficienza del pannello<br />
• Caratteristiche <strong>di</strong> esercizio: temperatura max <strong>di</strong> lavoro bassa e temperatura <strong>di</strong> stagnazione circa<br />
200°C<br />
• Utilizzo: per sola produzione <strong>di</strong> acqua calda sanitaria<br />
• Tipo <strong>di</strong> installazione: possibile anche ad incasso nel tetto<br />
• Altre caratteristiche: moduli delicati e pesanti
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
5.2.5.3. Collettore a tubi sottovuoto<br />
201<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
• Materiale: costituito da un tubo esterno <strong>di</strong> vetro duro per protezione e uno interno rivestito con<br />
materiale selettivo con eccellenti proprietà <strong>di</strong> assorbimento e minime <strong>di</strong> riflessione del calore<br />
• Caratteristiche <strong>di</strong> esercizio: elevate temperature <strong>di</strong> esercizio ed elevate temperature <strong>di</strong><br />
stagnazione, circa 300°C<br />
• Utilizzo: per la produzione <strong>di</strong> acqua calda sanitaria o riscaldamento soprattutto adatti ai climi<br />
rigi<strong>di</strong><br />
• Tipo <strong>di</strong> installazione: a incasso nel tetto non consentita<br />
• Altre caratteristiche: tecnologia più avanzata rispetto ai collettori piani quin<strong>di</strong> moduli costosi e<br />
delicati<br />
5.2.6. Sistema <strong>di</strong> <strong>di</strong>stribuzione al primario<br />
Un altro tipo <strong>di</strong> classificazione <strong>degli</strong> impianti solari termici può essere fatta rispetto al sistema <strong>di</strong><br />
<strong>di</strong>stribuzione al primario, cioè in che maniera si fa circolare il fluido termovettore all’interno del pannello e<br />
fino allo scambiatore come in Fig. 5.2.5. Si in<strong>di</strong>viduano due tipi <strong>di</strong> sistemi:<br />
5.2.6.1. Impianti a circolazione naturale<br />
• Forza motrice: il fluido termovettore si muove per <strong>di</strong>fferenza <strong>di</strong> densità (il fluido più caldo tende<br />
a spostarsi verso l’alto)<br />
• Posizione del serbatoio <strong>di</strong> accumulo: a causa del principio fisico della forza motrice il serbatoio<br />
deve trovarsi più in alto del collettore<br />
• Altre caratteristiche: impianto semplice (senza pompe, centraline, …), necessita <strong>di</strong> bassa<br />
manutenzione<br />
• Integrazione architettonica: limitata<br />
5.2.6.2. Impianti a circolazione forzata<br />
• Forza motrice: il fluido termovettore viene spostato con l’azione <strong>di</strong> pompe elettriche<br />
• Posizione del serbatoio <strong>di</strong> accumulo: il serbatoio <strong>di</strong> accumulo può essere posizionato dovunque<br />
• Altre caratteristiche: sistema più complesso e costoso per la presenza <strong>di</strong> altri organi necessari<br />
oltre al solo collettore e serbatoio, ha bisogno <strong>di</strong> una manutenzione ciclica<br />
• Integrazione architettonica: progettazione e integrazione architettonica libera<br />
Fig. 5.2.5 Schema delle <strong>di</strong>verse tipologie <strong>di</strong> impianto per il sistema <strong>di</strong> <strong>di</strong>stribuzione al primario.<br />
5.2.7. Conclusioni<br />
Di seguito, in Tab. 5.2.1, si confrontano 2 tipologie <strong>di</strong> pannelli solari termici in<strong>di</strong>cando i valori me<strong>di</strong> <strong>di</strong><br />
alcune delle caratteristiche più importanti che definiscono il pannello.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
202<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Collettore piano<br />
Collettore<br />
a circ. forzata<br />
a tubi sottovuoto<br />
Peso specifico<br />
kg/m 2<br />
19-34 32-36<br />
Spessore<br />
mm<br />
60-90 120-150<br />
Grado <strong>di</strong> ren<strong>di</strong>mento ottico<br />
%<br />
80-86 76-98<br />
Coeff. <strong>di</strong> <strong>di</strong>spersione termica k1<br />
W/(m 2 K)<br />
3.2-7.3 1.5-2.6<br />
Coeff. <strong>di</strong> <strong>di</strong>spersione termica k2<br />
W/(m 2 K)<br />
0.002-0.02 0.003-0.01<br />
Temp. max <strong>di</strong> lavoro<br />
°C<br />
circa 70 circa 90<br />
Temp. <strong>di</strong> stagnazione<br />
°C<br />
circa 200 circa 300<br />
Tab. 5.2.1 Caratteristiche pannelli solari termici.<br />
Viene <strong>di</strong> seguito inserito come esempio il data sheet <strong>di</strong> un collettore solare a tubi sottovuoto in<br />
commercio (Fig. 5.2.6 e Fig. 5.2.7) per mostrare come riuscire nella pratica ad estrapolare le caratteristiche<br />
dei pannelli solari forniti dal costruttore.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
203<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Fig. 5.2.6 Frontespizio del data sheet <strong>di</strong> un tipo <strong>di</strong> collettore solare termico a tubi sottovuoto in commercio.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
204<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Fig. 5.2.7 Dati tecnici del data sheet <strong>di</strong> un tipo <strong>di</strong> collettore solare termico a tubi sottovuoto in commercio.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
5.3. Il solare fotovoltaico<br />
5.3.1. Introduzione<br />
205<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
E' la tecnologia che converte <strong>di</strong>rettamente l'irra<strong>di</strong>azione solare<br />
in energia elettrica.<br />
Il componente principale dei moduli commercializzati è la<br />
cella fotovoltaica costruita in silicio, un materiale semiconduttore<br />
che, dopo essere stato drogato, se colpito dalla ra<strong>di</strong>azione solare<br />
libera una certa quantità <strong>di</strong> elettroni che circolando creano una<br />
corrente.<br />
La durata me<strong>di</strong>a <strong>di</strong> un impianto è <strong>di</strong> circa 25-30 anni ma la<br />
ricerca sperimentale sta rendendo sempre più efficiente il ren<strong>di</strong>mento <strong>degli</strong> impianti che vengono utilizzati.<br />
5.3.2. Come funziona<br />
Questa tecnologia ha la particolare capacità quando esposto al sole <strong>di</strong> convertire la ra<strong>di</strong>azione solare in<br />
corrente elettrica. Questa conversione avviene per mezzo <strong>di</strong> celle fotovoltaiche che devono essere collegate<br />
elettricamente tra loro e formare dei moduli (ve<strong>di</strong> Fig. 5.3.1) che devono essere orientati il più possibile<br />
perpen<strong>di</strong>colarmente alla ra<strong>di</strong>azione solare.<br />
L’impianto fotovoltaico è costituito da:<br />
• pannelli: definiti anche moduli, raggruppati in stringhe,<br />
• inverter: che serve a trasformare la corrente elettrica continua prodotta dal pannello in alternata<br />
utilizzabile dalle utenze,<br />
• contatore se la corrente viene immessa in rete,<br />
• accumulatore se l’impianto è isolato.<br />
Fig. 5.3.1 Schema della <strong>di</strong>fferenza tra cella, modulo e stringa <strong>di</strong> un impianto fotovoltaico.<br />
5.3.3. Utilizzo<br />
L’energia elettrica prodotta può essere utilizzata per tutte le utenze domestiche che richiedono per il<br />
funzionamento consumo <strong>di</strong> energia elettrica (elettrodomestici, illuminazioni, computer, ecc.) con il vantaggio<br />
<strong>di</strong> non produrre emissioni inquinanti e una volta coperto il costo dell’installazione <strong>di</strong> avere energia elettrica<br />
gratuita.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
5.3.4. Tipi <strong>di</strong> cella fotovoltaica<br />
206<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Una modalità <strong>di</strong> sud<strong>di</strong>visione <strong>degli</strong> impianti fotovoltaici è rispetto alla costruzione della cella<br />
fotovoltaica che usano, in particolare in funzione della purezza del silicio <strong>di</strong> cui è composta la cella.<br />
5.3.4.1. Silicio amorfo<br />
• Ren<strong>di</strong>mento: basso, inferiore al 10%<br />
• Andamento del ren<strong>di</strong>mento: poco sensibile all’aumento <strong>di</strong> temperatura<br />
• Atre caratteristiche: peggioramento dell’efficienza importante nei primi mesi <strong>di</strong> funzionamento<br />
• Con<strong>di</strong>zioni <strong>di</strong> lavoro: miglior comportamento con ra<strong>di</strong>azione <strong>di</strong>ffusa<br />
• Vita del pannello: meno longevo del silicio cristallino<br />
• Costo energetico <strong>di</strong> produzione: basso costo<br />
• Tipi <strong>di</strong> formati: moduli flessibili con spessore variabile inferiore a 30μm<br />
5.3.4.2. Silicio cristallino (mono e policristallino)<br />
• Ren<strong>di</strong>mento: variabile; monocristallino 15-17% e policristallino 12-14%<br />
• Andamento del ren<strong>di</strong>mento: calo <strong>di</strong> efficienza dello 0.4% ogni grado <strong>di</strong> temperatura<br />
• Altre caratteristiche: stabilità prestazionale nel tempo (90% dopo 20 anni e 80% dopo 30 anni)<br />
• Con<strong>di</strong>zioni <strong>di</strong> lavoro: energia raccolta con ampio spettro solare e resa migliore con ra<strong>di</strong>azione<br />
<strong>di</strong>retta<br />
• Vita del pannello: almeno 25 anni<br />
• Costo energetico <strong>di</strong> produzione: elevato costo <strong>di</strong> produzione energetico<br />
• Tipi <strong>di</strong> formati: solo formato rigido<br />
Fig. 5.3.2 Tipologie <strong>di</strong> moduli fotovoltaici: pannello in silicio amorfo, monocristallino e policristallino.<br />
5.3.5. Modalità <strong>di</strong> connessione<br />
Altro modo <strong>di</strong> sud<strong>di</strong>videre l’impianto fotovoltaico è considerando il tipo <strong>di</strong> connessione, quin<strong>di</strong><br />
impianti ad isola (o stand alone) oppure impianti connessi alla rete (o grid connected) in Fig. 5.3.3.<br />
5.3.5.1. Impianti stand-alone<br />
• Utilizzo energia: in loco (utenze isolate, illuminazioni, ripetitori ra<strong>di</strong>o, ecc.)<br />
• Componenti necessari: hanno bisogno <strong>di</strong> accumulatori, sistemi <strong>di</strong> regolazione della carica e <strong>di</strong><br />
controllo del sistema oltre ad eventuali inverter<br />
• Costi: elevato costo iniziale soprattutto a causa dei componenti e molta manutenzione<br />
specializzata per la presenza <strong>degli</strong> accumulatori<br />
• Efficienza sistema: l’efficienza del sistema è scarsa a causa soprattutto <strong>degli</strong> accumulatori
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
5.3.5.2. Impianti grid-connected<br />
207<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
• Utilizzo energia: con<strong>di</strong>visione dell’energia con la rete<br />
• Componenti necessari: hanno bisogna solo <strong>di</strong> inverter e contatori <strong>di</strong> energia<br />
• Costi:costo iniziale inferiore ai precedenti e manutenzione or<strong>di</strong>naria<br />
• Efficienza sistema: l’efficienza del sistema coincide con l’efficienza del pannello in quanto poi<br />
l’energia è inviata in rete<br />
Fig. 5.3.3 Schema concettuale delle 2 <strong>di</strong>verse tipologie <strong>di</strong> connessione dell’impianto fotovoltaico: stand<br />
alone e grid connected.<br />
5.3.6. Conclusioni<br />
Di seguito in Tab. 5.3.1 si confrontano le principali tipologie <strong>di</strong> moduli fotovoltaici in<strong>di</strong>cando i valori<br />
me<strong>di</strong> <strong>di</strong> alcune delle caratteristiche più importanti che definiscono il pannello.<br />
Peso specifico<br />
kg/m 2<br />
Potenza specifica<br />
W/m 2<br />
Modulo silicio<br />
amorfo<br />
Modulo silicio<br />
monocristallino<br />
Modulo silicio<br />
policristallino<br />
Modulo silicio<br />
monocristallino<br />
tecnologia HIT<br />
16-18 14-20 14-20 12<br />
48-52 130-150 120-140 circa 190<br />
Coeff. <strong>di</strong> temperatura<br />
%/°C<br />
circa -0.2 circa -0.45 circa -0.45 circa -0.11<br />
Spessore<br />
Mm<br />
10-15 40-50 40-50 35<br />
Efficienza<br />
%<br />
6-8 13-15 12-14 16-18<br />
Tab. 5.3.1 Caratteristiche moduli solari fotovoltaici.<br />
Viene <strong>di</strong> seguito inserito, come esempio, il data sheet <strong>di</strong> un modulo fotovoltaico in commercio (Fig.<br />
5.3.4 e Fig. 5.3.5) per mostrare come riuscire nella pratica ad estrapolare le caratteristiche dei moduli<br />
fotovoltaici.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
208<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Fig. 5.3.4 Frontespizio del data sheet <strong>di</strong> un tipo <strong>di</strong> modulo fotovoltaico in commercio.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
209<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Fig. 5.3.5 Dati tecnici del data sheet <strong>di</strong> un tipo <strong>di</strong> modulo fotovoltaico in commercio.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
5.4. L’eolico<br />
5.4.1. Introduzione<br />
210<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Gli impianti eolici sfruttano l'energia del vento per produrre<br />
elettricità. Sono costituiti da aerogeneratori che trasformano l'energia<br />
cinetica del vento in energia meccanica e infine quest'ultima in energia<br />
elettrica.<br />
La <strong>di</strong>fferenza importante da sottolineare quando si parla <strong>di</strong> fonte<br />
rinnovabile derivante dall’eolico, è nella taglia del rotore. Infatti se il<br />
principio fisico resta il medesimo, tra eolico e minieolico si considera<br />
<strong>di</strong>versa la taglia dell’aerogeneratore e quin<strong>di</strong> la potenza:<br />
• eolico: si considerano <strong>di</strong>ametri del rotore <strong>di</strong> decine <strong>di</strong> metri e potenze<br />
da 200 kW a qualche megawatt,<br />
• minieolico: i <strong>di</strong>ametri sono dell’or<strong>di</strong>ne del metro con potenze fino a<br />
200 kW con lo scopo <strong>di</strong> servire anche singole utenze e risultare<br />
maggiormente integrato.<br />
L'eolico è la fonte rinnovabile in maggiore espansione a livello internazionale.<br />
5.4.2. Come funziona<br />
Circa il 2% dell’energia solare è convertita in energia eolica e gli aerogeneratori col movimento <strong>di</strong><br />
rotazione delle pale producono energia elettrica in un generatore.<br />
Importante nel caso delle turbine eoliche è il sito dove installarle che deve avere una quantità <strong>di</strong><br />
energia elevata e soprattutto costante nel tempo, <strong>di</strong> conseguenza le caratteristiche da considerare per<br />
installare un aeromotore sono:<br />
• densità dell’aria,<br />
• area del rotore installato,<br />
• velocità del vento.<br />
Concetto fondamentale su cui si basa la conversione dell’energia è la teoria <strong>di</strong> Betz. Nella Fig. 5.4.1 si<br />
nota come la vena fluida che arriva sul rotore con una certa velocità fa ruotare le pale e a valle del rotore<br />
viene rallentata. Per la conservazione della massa il tubo <strong>di</strong> flusso si allarga e occupa più volume. Dalla<br />
teoria <strong>di</strong> determina che l’energia cinetica massima sfruttabile è il 59% dell’energia in ingresso.<br />
Fig. 5.4.1 Andamento del tubo <strong>di</strong> flusso per la teoria <strong>di</strong> Betz.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
5.4.3. Utilizzo<br />
211<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Anche in questo caso l’energia elettrica prodotta può essere utilizzata per tutte le utenze domestiche<br />
che richiedono per il funzionamento consumo <strong>di</strong> energia elettrica (elettrodomestici, illuminazioni, computer,<br />
ecc.) con il vantaggio <strong>di</strong> non produrre emissioni inquinanti e una volta coperto il costo dell’installazione <strong>di</strong><br />
avere energia elettrica gratuita.<br />
5.4.4. Caratteristiche dei rotori eolici<br />
5.4.4.1. Soli<strong>di</strong>tà<br />
Parametro fondamentale nella progettazione della macchina, è definito come il rapporto tra l’area<br />
complessiva <strong>di</strong> tutte le pale della girante (B) e l’area frontale totale del rotore che le pale stesse spazzano (A).<br />
B<br />
s =<br />
A<br />
5.4.4.2. Coefficiente <strong>di</strong> potenza<br />
E’ definito come il rapporto tra la potenza P estratta dalla macchina e la potenza P0 valutata nella vena<br />
fluida in<strong>di</strong>sturbata.<br />
P<br />
c p =<br />
P<br />
0<br />
Il cp della macchina <strong>di</strong>pende dalla potenza prodotta e quest’ultima varia col cubo della velocità del<br />
vento. Nel grafico <strong>di</strong> Fig. 5.4.2 si mostra il tipico andamento rispetto al rapporto delle velocità e inoltre si<br />
nota come, per la teoria <strong>di</strong> Betz, per rapporti <strong>di</strong> velocità pari a circa 0.3 il cp è massimo e vale 0.59.<br />
Fig. 5.4.2 Grafico che mostra l’andamento del cp in funzione della velocità del vento.<br />
5.4.4.3. Velocità <strong>di</strong> progetto<br />
Nella progettazione della turbina eolica, e in particolare della costruzione e dell’assetto delle pale, un<br />
punto fondamentale riguarda la scelta delle velocità <strong>di</strong> progetto:<br />
• velocità <strong>di</strong> avviamento: velocità minima con cui la turbina si mette in funzione,<br />
• velocità <strong>di</strong> cut-in: è la minima velocità con la quale la turbina produce potenza,<br />
• velocità <strong>di</strong> cut-out: è la massima velocità oltre la quale si verifica l’arresto del rotore,<br />
• velocità nominale: velocità del vento oltre la quale i sistemi <strong>di</strong> orientazione delle pale intervengono,<br />
<strong>di</strong>minuiscono il ren<strong>di</strong>mento ma mantengono la potenza della turbina costante.<br />
Lo scopo è <strong>di</strong> realizzare un rotore con velocità <strong>di</strong> cut-in basse e <strong>di</strong> cut-out alte per produrre energia con<br />
range <strong>di</strong> velocità del vento maggiori. Nella pratica le velocità <strong>di</strong> cut-out sono circa <strong>di</strong> 25-30 m/s oltre le quali
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
212<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
si dovrebbero costruire pale molto più solide con costi maggiori. Tipico grafico <strong>di</strong> funzionamento del rotore<br />
eolico è quello <strong>di</strong> Fig. 5.4.3.<br />
Fig. 5.4.3 Tipico andamento della curva <strong>di</strong> potenza <strong>di</strong> un generatore eolico.<br />
Fig. 5.4.4 Andamento delle caratteristiche <strong>di</strong> vari tipi <strong>di</strong> rotori eolici in funzione <strong>di</strong> quella ideale <strong>di</strong> Betz.<br />
5.4.5. Tipi <strong>di</strong> rotore<br />
Un modo <strong>di</strong> sud<strong>di</strong>visione <strong>degli</strong> impianti eolici è rispetto al tipo <strong>di</strong> rotore utilizzato per convertire<br />
l’energia eolica, in particolare con riferimento al proprio asse. In Fig. 5.4.4 si nota come le caratteristiche<br />
delle macchine siano molto <strong>di</strong>verse anche in relazione alla curva limite <strong>di</strong> Betz e <strong>di</strong> seguito si descriveranno<br />
in maniera più dettagliata alcune caratteristiche dei vari aerogeneratori.<br />
5.4.5.1. Rotore ad asse verticale<br />
• Senso <strong>di</strong> rotazione: il rotore gira con un asse perpen<strong>di</strong>colare alla <strong>di</strong>rezione del vento<br />
• Soli<strong>di</strong>tà: circa 1<br />
• cp: basso, al max 0.2<br />
• Velocità <strong>di</strong> rotazione: bassa velocità <strong>di</strong> rotazione ma forza maggiore<br />
• Rumore: silenzioso, quasi non u<strong>di</strong>bile<br />
• Utilizzo: sono adatte per far funzionare pompe <strong>di</strong> sollevamento acqua<br />
• Vantaggio: non hanno bisogno <strong>di</strong> orientamento<br />
• Esempio: rotore modello Savonius
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
5.4.5.2. Rotore ad asse orizzontale<br />
213<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
• Senso <strong>di</strong> rotazione: il rotore gira con un asse parallelo alla <strong>di</strong>rezione del vento<br />
• Soli<strong>di</strong>tà: bassa, minore <strong>di</strong> 0.3<br />
• cp:abbastanza elevato, maggiore <strong>di</strong> 0.4<br />
• Velocità <strong>di</strong> rotazione: alta velocità <strong>di</strong> rotazione<br />
• Rumore: leggermente più rumoroso rispetto al rotore ad asse verticale<br />
• Utilizzo: adatti per produrre generalmente energia elettrica <strong>di</strong> <strong>di</strong>verso tipo<br />
• Vantaggi: area frontale utilizzata totalmente, elevato coefficiente <strong>di</strong> portanza e <strong>di</strong>screta potenza<br />
• Svantaggi: <strong>di</strong>fficoltà <strong>di</strong> realizzazione, gran<strong>di</strong> ripercussioni negative sul bilanciamento e taratura della<br />
macchina anche per minimi errori progettuali o <strong>di</strong> costruzione<br />
• Esempio: rotore modello a tre pale<br />
5.4.5.3. Rotore ibrido<br />
• Famiglia più recente dei rotori eolici, mirano in un’unica soluzione ad ottenere i vantaggi dei primi<br />
due<br />
• Senso <strong>di</strong> rotazione: possono essere sia ad asse verticale che orizzontale<br />
• Soli<strong>di</strong>tà: variabile in relazione al tipo <strong>di</strong> rotore<br />
• cp: variabile in relazione al tipo <strong>di</strong> rotore<br />
• Velocità <strong>di</strong> rotazione: alta velocità <strong>di</strong> rotazione<br />
• Rumore: silenzioso, quasi non u<strong>di</strong>bile<br />
• Utilizzo: adatti per produrre generalmente energia elettrica <strong>di</strong> <strong>di</strong>verso tipo<br />
• Vantaggi: minima velocità del vento, massimo numero <strong>di</strong> giri, potenza elevata<br />
• Esempio: rotore modello Darrieus<br />
Fig. 5.4.5 Tipi <strong>di</strong> rotore eolici: Savonius, a 3 pale e Darrieus.<br />
5.4.6. Modalità <strong>di</strong> connessione<br />
Come nel caso del fotovoltaico, e <strong>di</strong> tutti gli impianti a fonti rinnovabili che ricavano dalla<br />
conversione energia elettrica, un altro modo <strong>di</strong> sud<strong>di</strong>videre l’impianto eolico è considerando il tipo <strong>di</strong><br />
connessione:<br />
• Impianti ad isola (o stand alone),<br />
• Impianti connessi alla rete (o grid connected).<br />
Tali impianti possono essere schematizzati come in Fig. 5.3.3 dove il campo fotovoltaico è sostituito<br />
dalla turbina eolica e presentano, <strong>di</strong> conseguenza, i vantaggi e gli svantaggi precedentemente descritti nel<br />
caso del fotovoltaico.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
5.4.7. Conclusioni<br />
214<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Come già affermato la <strong>di</strong>fferenza fra eolico e minieolico sta solamente nella taglia del rotore e <strong>di</strong><br />
conseguenza nella potenza prodotta. Di seguito in Tab. 5.4.1 si confrontano le principali tipologie <strong>di</strong> rotori<br />
eolici in<strong>di</strong>cando i valori me<strong>di</strong> <strong>di</strong> alcune delle caratteristiche più importanti che li definiscono per rotori con<br />
potenze tra 5 e 10 kW.<br />
Potenza specifica<br />
W/kg<br />
Velocità cut-in<br />
m/s<br />
Velocità cut-out<br />
m/s<br />
Lunghezza pale/rotore<br />
m<br />
Area spazzata<br />
m 2<br />
Tab. 5.4.1 Caratteristiche aerogeneratori eolici.<br />
Rotore<br />
Savonius<br />
Rotore<br />
a 3 eliche<br />
Rotore<br />
Darrieus<br />
6-9 5-8 5-15<br />
3-4 2-3 3-4<br />
25-30 16-25 25-30<br />
circa 5 2-6 3-6<br />
circa 6 30-130 5<br />
Viene <strong>di</strong> seguito inserito, come esempio, il data sheet <strong>di</strong> un aerogeneratore eolico in commercio (Fig.<br />
5.4.6 e Fig. 5.4.7) per mostrare come riuscire ad estrapolare le caratteristiche tecniche nella pratica.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
215<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Fig. 5.4.6 Frontespizio del data sheet <strong>di</strong> un tipo <strong>di</strong> rotore eolico in commercio.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
216<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
Fig. 5.4.7 Dati tecnici del data sheet <strong>di</strong> un tipo <strong>di</strong> rotore eolico in commercio.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
5.5. Le biomasse<br />
5.5.1. Introduzione<br />
217<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
La biomassa utilizzabile ai fini energetici consiste in tutti<br />
quei materiali organici che possono essere utilizzati <strong>di</strong>rettamente<br />
come combustibili o trasformati in combustibili liqui<strong>di</strong> o gassosi,<br />
negli impianti <strong>di</strong> conversione, per un più comodo e vasto utilizzo.<br />
Il termine biomassa riunisce materiali <strong>di</strong> natura eterogenea,<br />
dai residui forestali agli scarti dell'industria <strong>di</strong> trasformazione del<br />
legno o delle aziende zootecniche.<br />
In generale si possono definire biomasse tutti i materiali <strong>di</strong><br />
origine organica provenienti da reazioni fotosintetiche (il processo<br />
che permette alle piante <strong>di</strong> convertire l'anidride carbonica in materia organica sfruttando l’energia solare).<br />
5.5.2. Come funziona<br />
La tecnologia su cui si basa la conversione delle biomasse come fonte energetica è la combustione.<br />
Questa a sua volta può avvenire per combustione <strong>di</strong>retta delle biomasse o come combustione <strong>di</strong> un prodotto<br />
precedentemente trattato attraverso delle tecnologie più o meno recenti.<br />
Le biomasse sono fonti importanti perché possono essere definite con un apporto <strong>di</strong> anidride carbonica<br />
in atmosfera nullo poiché la quantità <strong>di</strong> CO2 rilasciata durante la combustione è equivalente a quella assorbita<br />
dalla pianta durante il suo accrescimento.<br />
Oggi le biomasse sono molto considerate, e nel futuro si prevede un aumento <strong>di</strong> utilizzo <strong>di</strong> questa<br />
tecnologia in quanto:<br />
• utilizzano materiali <strong>di</strong> scarto,<br />
• integrano calore <strong>di</strong> scarto all’interno delle reti <strong>di</strong> teleriscaldamento eventualmente approntata.<br />
5.5.3. Utilizzo<br />
Lo scopo finale delle biomasse è quello <strong>di</strong> trasformarle in energia termica col processo <strong>di</strong> combustione<br />
e <strong>di</strong> utilizzarle:<br />
• tal quali per il riscaldamento o come calore <strong>di</strong> processo (è l’utilizzo <strong>di</strong> seguito descritto nello stato<br />
dell’arte),<br />
• per produrre energia elettrica inviando il fluido caldo prodotto in una turbina.<br />
Tale fonte energetica viene considerata per essere utilizzata nei seguenti ambiti <strong>di</strong> applicazione:<br />
• residenze mono e multifamiliari,<br />
• quartieri,<br />
• calore <strong>di</strong> processo.<br />
5.5.4. Materia prima<br />
In teoria si potrebbe introdurre nella combustione qualsiasi materiale ma nella pratica bisogna<br />
considerare <strong>di</strong> bruciare il materiale ricavandone maggiore energia possibile, e questo deriva dalla qualità del<br />
combustibile che <strong>di</strong>pende dal calore specifico e dalla quantità <strong>di</strong> acqua contenuta. I principali materiali<br />
biocombustibili sono:<br />
• legno e scarti legnosi (segatura, pellets, trucioli ed alberi a crescita rapida),<br />
• scarti agricoli (paglia, gusci).
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
218<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
I materiali più usati in ambito civile derivano da quelli sopra ma hanno delle caratteristiche particolari<br />
per essere utilizzate nei bruciatori domestici. Nella Fig. 5.5.1 si in<strong>di</strong>cano i costi dei principali biocombustibili<br />
e combustibili fossili in Europa.<br />
5.5.4.1. Pellets<br />
E' un prodotto naturale, ottenuto da poche e semplici lavorazioni meccaniche attraverso le quali la<br />
segatura <strong>di</strong> legno finemente lavorata, viene fatta passare attraverso una filiera e quin<strong>di</strong> trasformata in piccoli<br />
cilindri <strong>di</strong> varie misure ad elevata densità.<br />
• Potere calorifico: 4.7 kWh/kg<br />
• Contenuto d’acqua: 8%<br />
• Densità: 650 kg/m 3<br />
• Contenuto <strong>di</strong> ceneri: 0.5%<br />
• Composizione: segatura <strong>di</strong> legno, combustibile standar<strong>di</strong>zzato<br />
• Volume <strong>di</strong> stoccaggio: piccolo<br />
5.5.4.2. Cippato (detto anche chips)<br />
E’ costituito da pezzettini <strong>di</strong> legno sminuzzato, ottenuti da materiale non trattato, come i residui <strong>di</strong><br />
segherie, potature, scarti boschivi, ecc…<br />
• Potere calorifico: 3.7 kWh/kg<br />
• Contenuto d’acqua: 25-30%<br />
• Densità: 200 kg/m 3<br />
• Contenuto <strong>di</strong> ceneri: 1%<br />
• Composizione: uniformità <strong>di</strong> composizione <strong>di</strong> <strong>di</strong>fficile ottenimento<br />
• Volume <strong>di</strong> stoccaggio: elevato<br />
Fig. 5.5.1 Costo dei biocombustibili e dei combustibili fossili in Europa.<br />
5.5.5. Caldaie a biomasse<br />
Oltre al tipo <strong>di</strong> biomassa introdotta, anche la caldaia intesa come macchina ha la sua importanza nel<br />
processo <strong>di</strong> combustione. In particolare la caldaia per biomassa non può essere la stessa usata con altri tipi <strong>di</strong>
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
219<br />
Doc.No 20100610.<strong>SIMEA</strong>.MR.03<br />
Versione 1<br />
combustibili e infatti negli ultimi anni la tecnologia è progre<strong>di</strong>ta costruendo caldaie con ren<strong>di</strong>mento sempre<br />
maggiore e produzione <strong>di</strong> CO sempre più basso come si vede nella Fig. 5.5.2.<br />
Fig. 5.5.2 Grafici che mostrano l’aumento del ren<strong>di</strong>mento e la <strong>di</strong>minuzione <strong>di</strong> produzione <strong>di</strong> CO nelle caldaie<br />
a biomassa negli anni.<br />
5.5.6. Conclusioni<br />
Le biomasse, come tutte le fonti energetiche rinnovabili, sono utili per variegare l’offerta <strong>di</strong> tecnologie<br />
per la produzione <strong>di</strong> energia elettrica o, in questo caso, riscaldamento ma, come ogni tecnologia presenta<br />
<strong>degli</strong> aspetti positivi e negativi che si devono valutare.<br />
5.5.6.1. Vantaggi<br />
• Nuove opportunità <strong>di</strong> lavoro in ambito locale<br />
• Emissioni serra praticamente nulle<br />
• Basse emissioni <strong>di</strong> zolfo<br />
• Costo del combustibile sottoposto a lievi fluttuazioni<br />
5.5.6.2. Svantaggi<br />
• Elevati costi iniziali<br />
• Elevata occupazione <strong>di</strong> area<br />
• Frequente pulizia della caldaia<br />
• Smaltimento delle ceneri (eventuale riutilizzo quale concime)<br />
• Reperimento del combustibile<br />
Viene <strong>di</strong> seguito inserito, come esempio, il data sheet <strong>di</strong> una caldaia a biomassa in commercio (Fig.<br />
5.5.3 e Fig. 5.5.4) per fare vedere nella pratica le caratteristiche tecniche come vengono presentate.
<strong>SIMEA</strong> Stato dell’arte energetica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
220<br />
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Fig. 5.5.3 Frontespizio del data sheet <strong>di</strong> una caldaia a gassificazione <strong>di</strong> legna in commercio.
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Fig. 5.5.4 Dati tecnici del data sheet <strong>di</strong> una caldaia a gassificazione <strong>di</strong> legna in commercio.
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5.6. La geotermia<br />
5.6.1. Introduzione<br />
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L'energia geotermica è una forma <strong>di</strong> energia che utilizza le sorgenti<br />
<strong>di</strong> calore, che provengono dalle zone più interne della Terra, nel<br />
sottosuolo.<br />
Le temperature del globo sono crescenti man mano che si scende in<br />
profon<strong>di</strong>tà, in me<strong>di</strong>a ogni 100 metri la temperatura delle rocce aumenta <strong>di</strong><br />
+3 °C (quin<strong>di</strong> 30 °C al Km e 300 °C a 10 Km). In alcune particolari zone<br />
si possono presentare con<strong>di</strong>zioni in cui la temperatura del sottosuolo è<br />
leggermente più alta della me<strong>di</strong>a, un fenomeno causato dai fenomeni<br />
vulcanici o tettonici. In queste zone "calde" l'energia può essere<br />
facilmente recuperata me<strong>di</strong>ante la geotermia.<br />
Esistono due "geotermie". Quella “ad alta entalpia”, relativa allo<br />
sfruttamento <strong>di</strong> sorgenti <strong>di</strong> calore che provengono dalle zone più interne della Terra, e quella a "bassa<br />
entalpia", relativa allo sfruttamento del sottosuolo come serbatoio termico.<br />
5.6.2. Come funziona<br />
La sud<strong>di</strong>visione tra geotermia ad alta e a bassa entalpia (o ad alta e bassa temperatura) è nel principio<br />
che viene sfruttato completamente <strong>di</strong>verso (ve<strong>di</strong> Fig. 5.6.1).<br />
Fig. 5.6.1 Rappresentazione dell’utilizzo dell’energia geotermica: in or<strong>di</strong>ne, geotermia ad alta entalpia e<br />
geotermia a bassa entalpia.<br />
5.6.2.1. Geotermia ad alta entalpia<br />
• Principio: sfrutta <strong>di</strong>rettamente il calore che proviene dagli strati del sottosuolo quin<strong>di</strong> è naturalmente<br />
legata a quei territori dove vi sono fenomeni geotermici<br />
• Utilizzo: il vapore si invia ad una turbina che produce <strong>di</strong>rettamente energia elettrica e il resto si<br />
utilizza per il riscaldamento per gli usi residenziali ed industriali<br />
• Modalità <strong>di</strong> sfruttamento: ve<strong>di</strong> Fig. 5.6.2<br />
o vapore saturo secco: il vapore uscente dal sottosuolo si invia ad una turbina che produce<br />
<strong>di</strong>rettamente energia elettrica<br />
o miscela liquido-vapore: dalla miscela viene spillato il solo vapore che viene inviato in<br />
turbina mentre il liquido viene iniettato nuovamente nel sottosuolo
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o ciclo binario: con uno scambiatore <strong>di</strong> calore il liquido ad alta temperatura si raffredda a<br />
spese del fluido che espande in turbina<br />
• Siti importanti in Italia: la Toscana con Larderello, il Lazio, la Sardegna, la Sicilia e alcune zone del<br />
Veneto, dell'Emilia Romagna e della Lombar<strong>di</strong>a<br />
Fig. 5.6.2 Rappresentazione delle <strong>di</strong>verse modalità <strong>di</strong> sfruttamento dell’entalpia a bassa temperatura: vapore<br />
saturo secco, miscela liquido-vapore e ciclo binario.<br />
5.6.2.2. Geotermia a bassa entalpia<br />
In questo paragrafo si descrive in modo riassuntivo la geotermia a bassa entalpia in quanto, essendo<br />
quella considerata nello stato dell’arte, verrà stu<strong>di</strong>ata nel dettaglio in seguito.<br />
• Principio: sfruttamento del sottosuolo come serbatoio termico dal quale estrarre calore durante la<br />
stagione invernale e al quale cederne durante la stagione estiva<br />
• Utilizzo: la pompa <strong>di</strong> calore fa avvenire uno spostamento <strong>di</strong> calore tra l’esterno (cioè l’ambiente che si<br />
deve climatizzare) e il sottosuolo<br />
• Siti: qualsiasi e<strong>di</strong>ficio, in qualsiasi luogo della terra<br />
5.6.3. Le sonde geotermiche<br />
Le sonde geotermiche sono la parte principale dell’impianto. Corrispondono ad uno scambiatore che<br />
scambia calore tra il fluido che scorre al loro interno e il terreno, come mostrato in Fig. 5.6.3.<br />
5.6.3.1. Tipi <strong>di</strong> circuito<br />
Le sonde geotermiche sono <strong>di</strong>vise in primis in relazione al tipo <strong>di</strong> circuito in cui scorre il fluido<br />
primario:<br />
• circuito chiuso, il fluido frigorigeno che scorre all’interno delle sonde è lo stesso che circola<br />
all’interno del circuito;<br />
• circuito aperto, il fluido frigorigeno viene pescato da una falda, utilizzato dalla pompa <strong>di</strong> calore e poi<br />
inviato nuovamente al terreno.<br />
5.6.3.2. Tipo <strong>di</strong> installazione<br />
Le sonde geotermiche sono semplicemente delle tubazioni dentro le quali viene fatto scorrere un<br />
fluido che scambia calore, ma in basa al tipo <strong>di</strong> terreno o all’utilizzo che se ne vuole fare, le stesse sonde<br />
possono essere installate <strong>di</strong>versamente.<br />
• Sonde verticali:<br />
o area occupata: limitata<br />
o costo: elevato<br />
o efficienza: ottima, me<strong>di</strong>a <strong>di</strong> 45W/m e al max <strong>di</strong> 70W/m<br />
o perforazioni: profon<strong>di</strong>tà 50-350m e <strong>di</strong>ametro 10-15cm
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o altre informazioni: non sono adatte per terreni rocciosi data la profon<strong>di</strong>tà elevata della<br />
perforazione<br />
• Sonde orizzontali:<br />
o area occupata: elevata<br />
o costo: minore delle sonde verticali dovuto alla minore perforazione<br />
o efficienza: me<strong>di</strong>a <strong>di</strong> 25-30W/m<br />
o perforazioni: profon<strong>di</strong>tà <strong>di</strong> 3m, quin<strong>di</strong> subiscono elevate fluttuazioni<br />
o altre informazioni: possono essere usate su terreni rocciosi perché non necessitano <strong>di</strong><br />
scavi profon<strong>di</strong> oppure su terreni argillosi e sabbiosi se lo scopo è contenere le spese<br />
però a <strong>di</strong>scapito del ren<strong>di</strong>mento<br />
Altri tipi <strong>di</strong> sonde “affini”:<br />
• sonde con acqua <strong>di</strong> laghi o bacini: sono sonde a circuito chiuso o aperto che scambiano il calore con<br />
l’acqua <strong>di</strong> laghi o bacini che siano a temperature abbastanza costanti nel tempo (circa 10-12°C),<br />
• sistemi ad aria a tubi interrati: sono sonde a circuito chiuso in cui scorre aria e scambiano calore<br />
<strong>di</strong>rettamente col terreno attraverso un sistema <strong>di</strong> tubi posato in orizzontale alla profon<strong>di</strong>tà minima <strong>di</strong><br />
1.5m.<br />
Fig. 5.6.3 Diversi tipi <strong>di</strong> sonde geotermiche: sonde verticali a circuito chiuso, sonde a circuito aperto e<br />
sistemi ad aria a tubi interrati.<br />
5.6.3.3. Tipi <strong>di</strong> flui<strong>di</strong> termovettori<br />
Il fluido termovettore è la parte fondamentale delle sonde geotermiche, un fluido che scorrendo al loro<br />
interno scambia calore col terreno. Principalmente si utilizzano 2 flui<strong>di</strong> termovettori:<br />
• acqua:<br />
o temperatura minima: 4°C,<br />
o potenze limitate,<br />
o impatto ambientale nullo,<br />
• miscela <strong>di</strong> acqua e glicole etilenico (al 15÷20%):<br />
o nessuna limitazione <strong>di</strong> potenza,<br />
o corrosivo e inquinante,<br />
o soluzioni impiantistiche sono più costose,<br />
o minore capacità <strong>di</strong> scambio termico, <strong>di</strong> conseguenza maggiori costi <strong>di</strong> esercizio e<br />
manutenzione.<br />
5.6.4. Altri componenti principali<br />
Come detto sopra lo stato dell’arte riferito principalmente al residenziale prende in considerazione<br />
unicamente la geotermia a bassa entalpia in quanto l’unica che può essere svolta in un’abitazione. Di seguito<br />
si considerano i componenti principali e se ne descrivono brevemente le caratteristiche.
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5.6.4.1. Pompa <strong>di</strong> calore<br />
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• Definizione: macchina che sposta il calore contro la naturale tendenza <strong>di</strong> calore (da un ambiente a<br />
temperatura T1 ad un ambiente a temperatura T2 con T1
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Fig. 5.6.5 Differenza tra pompa <strong>di</strong> calore a compressione e ad assorbimento operante in inverno e in estate.<br />
5.6.4.2. Accumulo <strong>di</strong> energia<br />
L’accumulo <strong>di</strong> energia ha la funzione <strong>di</strong> immagazzinare il fluido che ha già subito il con<strong>di</strong>zionamento<br />
col terreno e in modo da renderlo <strong>di</strong>sponibile nel più breve tempo possibile.<br />
• Serbatoio <strong>di</strong> accumulo: è un serbatoio esterno che funge da accumulo termico, svolge la stessa<br />
funzione del serbatoio <strong>di</strong> accumulo nel caso <strong>di</strong> una caldaia.<br />
• Stoccaggio nel sottosuolo: è un sistema <strong>di</strong> accumulo eseguito con le tubazioni che costituiscono tutto<br />
l’impianto geotermico, in questo modo non serve il serbatoio <strong>di</strong> accumulo ma tale soluzione è prevista<br />
solo nel caso <strong>di</strong> utenze molto gran<strong>di</strong> perché anche il campo geotermico deve essere molto esteso.<br />
5.6.4.3. Terminali <strong>di</strong> con<strong>di</strong>zionamento<br />
Per quanto riguarda i terminali <strong>di</strong> con<strong>di</strong>zionamento non c’è nessuna tecnologia particolare da<br />
analizzare. La sola accortezza per quanto riguarda l’accoppiamento con la geotermia è scegliere terminali<br />
che utilizzano le basse temperature:<br />
• fan coil,<br />
• sistemi ra<strong>di</strong>anti,<br />
• travi fredde.
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5.6.5. Conclusioni<br />
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Le conclusioni che si possono trarre per definire la convenienza della tecnologia che usa le sonde<br />
geotermiche sono le seguenti:<br />
• se si desidera climatizzare sia d’estate che d’inverno,<br />
• se la temperatura esterna presenta ampie variazioni nel corso dell’anno,<br />
• se si sta realizzando una nuova costruzione, la cui progettazione ha tenuto conto dell’accoppiamento<br />
con sistemi <strong>di</strong> climatizzazione a bassa temperatura,<br />
• se è possibile rientrare entro l’applicazione <strong>di</strong> tariffe elettriche meno costose,<br />
• se si beneficia <strong>di</strong> incentivi dalle aziende <strong>di</strong> fornitura dei servizi (per <strong>di</strong>minuire i picchi <strong>di</strong> carico).<br />
Di seguito si inserisce il data sheet <strong>di</strong> un sistema per sonde geotermiche in commercio (Fig. 5.6.6, Fig.<br />
5.6.7 e Fig. 5.6.8) per fare vedere nella pratica le caratteristiche tecniche come vengono presentate.
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Fig. 5.6.6 Frontespizio del data sheet <strong>di</strong> un sistema per sonde geotermiche in commercio.
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Fig. 5.6.7 Dati tecnici del data sheet <strong>di</strong> tipi <strong>di</strong> sonde geotermiche in commercio.
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Fig. 5.6.8 Descrizione delle applicazioni che si possono realizzare.<br />
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